हम यहाँ पृथ्वी पर भाग्यशाली हैं कि हमारे पास एक व्यवहार्य वातावरण है, एक जो पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर द्वारा संरक्षित है। इस सुरक्षात्मक लिफाफे के बिना, सतह पर जीवन सूर्य से निकलने वाले हानिकारक विकिरण द्वारा बमबारी किया जाएगा। हालाँकि, पृथ्वी का ऊपरी वातावरण अभी भी धीरे-धीरे लीक हो रहा है, जिसमें लगभग 90 टन सामग्री एक दिन में ऊपरी वायुमंडल से बच जाती है और अंतरिक्ष में प्रवाहित होती है।
और हालांकि खगोलविद कुछ समय से इस रिसाव की जांच कर रहे हैं, फिर भी कई अनुत्तरित प्रश्न हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष में कितनी सामग्री खो रही है, किस प्रकार की है, और यह हमारे चुंबकीय वातावरण को प्रभावित करने के लिए सौर हवा के साथ कैसे बातचीत करती है? ऐसा यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के क्लस्टर प्रोजेक्ट का उद्देश्य रहा है, चार समान अंतरिक्ष यान की एक श्रृंखला जो पिछले 15 वर्षों से पृथ्वी के चुंबकीय वातावरण को माप रही है।
सौर वायु के साथ हमारे वातावरण की बातचीत को समझने के लिए सबसे पहले हमें यह समझना होगा कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र कैसे काम करता है। शुरुआत के लिए, यह हमारे ग्रह के इंटीरियर से फैला हुआ है (और माना जाता है कि यह कोर में डायनेमो प्रभाव का परिणाम है), और अंतरिक्ष में सभी तरह से पहुंचता है। अंतरिक्ष का यह क्षेत्र, जिसे हमारे चुंबकीय क्षेत्र पर प्रभाव पड़ता है, मैग्नेटोस्फीयर के रूप में जाना जाता है।
इस मैग्नेटोस्फीयर के आंतरिक भाग को प्लास्मास्फियर कहा जाता है, एक डोनट के आकार का क्षेत्र जो पृथ्वी से लगभग 20,000 किमी की दूरी तक फैला है और इसके साथ सह-घूमता है। मैग्नेटोस्फीयर को आवेशित कणों और आयनों से भी भरा जाता है, जो अंदर फंस जाते हैं, और फिर क्षेत्र की रेखाओं के साथ आगे और पीछे उछल जाते हैं।
इसके अग्र भाग में, सूर्य की ओर का छोर, मैग्नेटोस्फीयर सौर हवा से मिलता है - सूर्य से अंतरिक्ष में बहने वाले चार्ज कणों की एक धारा। जिस स्थान पर वे संपर्क करते हैं उसे "बो शॉक" के रूप में जाना जाता है, जिसका नाम इसलिए रखा गया है क्योंकि इसकी चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं सौर हवा को धनुष के आकार पर लेने के लिए मजबूर करती हैं क्योंकि वे हमारे ऊपर और आसपास से गुजरती हैं।
जैसे ही सौर हवा पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर के ऊपर से गुजरती है, यह हमारे ग्रह के पीछे फिर से एक मैग्नेटोटेल बनाने के लिए आता है - एक लम्बी ट्यूब जिसमें प्लाज्मा की फंसी हुई शीट और इंटरेक्टिंग फील्ड लाइनें होती हैं। इस सुरक्षात्मक लिफाफे के बिना, पृथ्वी के वायुमंडल को धीरे-धीरे अरबों साल पहले छीन लिया गया होगा, एक भाग्य जिसे अब मंगल माना जाता है।
कहा जा रहा है कि, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को पूरी तरह से सील नहीं किया गया है। उदाहरण के लिए, हमारे ग्रह के ध्रुवों पर, फ़ील्ड लाइनें खुली हैं, जो सौर कणों को ऊर्जावान कणों के साथ हमारे मैग्नेटोस्फीयर में प्रवेश करने और भरने की अनुमति देता है। यह प्रक्रिया अरोरा बोरेलिस और अरोरा आस्ट्रेलिया (उर्फ। उत्तरी और दक्षिणी रोशनी) के लिए जिम्मेदार है।
उसी समय, पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल (आयनोस्फीयर) के कण उसी तरह से बच सकते हैं, जो ध्रुवों के माध्यम से यात्रा करते हैं और अंतरिक्ष में खो जाते हैं। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के बारे में बहुत कुछ सीखने और विभिन्न कणों के साथ बातचीत के माध्यम से प्लाज्मा कैसे बनता है, इस पूरी प्रक्रिया के बारे में बहुत कुछ हाल के दिनों तक स्पष्ट नहीं हो पाया है।
अरनौद मेसन के रूप में, ईएसए के प्रेस विज्ञप्ति में कहा गया क्लस्टर मिशन के लिए ईएसए के उप परियोजना वैज्ञानिक:
“प्लाज्मा परिवहन और वायुमंडलीय नुकसान का सवाल ग्रहों और तारों दोनों के लिए प्रासंगिक है, और एक अविश्वसनीय रूप से आकर्षक और महत्वपूर्ण विषय है। यह समझना कि वायुमंडलीय पदार्थ कैसे बचता है, यह समझना महत्वपूर्ण है कि किसी ग्रह पर जीवन कैसे विकसित हो सकता है. पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर में आने वाली और बाहर जाने वाली सामग्री के बीच की बातचीत इस समय एक गर्म विषय है; वास्तव में यह सामान कहाँ से आ रहा है? यह हमारे अंतरिक्ष के पैच में कैसे प्रवेश किया?“
यह देखते हुए कि हमारे वायुमंडल में 5 क्वाड्रिलियन टन द्रव्य है (जो कि 5 x 10 है15, या 5,000,000 बिलियन टन), एक दिन में 90 टन का नुकसान ज्यादा नहीं है। हालाँकि, इस संख्या में "कोल्ड आयनों" का द्रव्यमान शामिल नहीं है जिन्हें नियमित रूप से जोड़ा जा रहा है। यह शब्द आमतौर पर हाइड्रोजन आयनों का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है जिन्हें अब हम जानते हैं कि उन्हें नियमित रूप से (ऑक्सीजन और हीलियम आयनों के साथ) मैग्नेटोस्फीयर के लिए खो दिया जा रहा है।
चूँकि हमारे वायुमंडल से बचने के लिए हाइड्रोजन को कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इस हाइड्रोजन के भाग बनने के बाद जो आयन बनते हैं उनमें भी कम ऊर्जा होती है। नतीजतन, अतीत में उनका पता लगाना बहुत मुश्किल हो गया है। क्या अधिक है, वैज्ञानिकों ने केवल ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और हीलियम आयनों के इस प्रवाह के बारे में जाना है - जो पृथ्वी के ध्रुवीय क्षेत्रों से आते हैं और कुछ दशकों से मैग्नेटोस्फीयर में प्लाज्मा की भरपाई करते हैं।
इससे पहले, वैज्ञानिकों का मानना था कि पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर में प्लाज्मा के लिए अकेले सौर कण जिम्मेदार थे। लेकिन हाल के वर्षों में, वे समझ गए हैं कि दो अन्य स्रोत प्लास्माफेरे में योगदान करते हैं। पहले प्लाज्मा के छिटपुट "प्लम" होते हैं जो प्लास्मास्फियर के भीतर बढ़ते हैं और मैग्नेटोस्फीयर के किनारे की ओर बाहर की ओर जाते हैं, जहां वे दूसरे रास्ते से आने वाले सौर वायु प्लाज्मा के साथ बातचीत करते हैं।
अन्य स्रोत? उक्त वायुमंडलीय रिसाव। जबकि इसमें प्रचुर मात्रा में ऑक्सीजन, हीलियम और हाइड्रोजन आयन होते हैं, ठंडे हाइड्रोजन आयन सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। न केवल वे अंतरिक्ष में खोई हुई महत्वपूर्ण मात्रा का गठन करते हैं, और हमारे चुंबकीय वातावरण को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। क्या अधिक है, वर्तमान में पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले अधिकांश उपग्रह मिश्रण में जोड़े जाने वाले ठंडे आयनों का पता लगाने में असमर्थ हैं, कुछ ऐसा जो क्लस्टर करने में सक्षम है।
2009 और 2013 में, क्लस्टर जांच उनकी ताकत को चित्रित करने में सक्षम थी, साथ ही साथ प्लाज्मा के अन्य स्रोतों को पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर में जोड़ा जा रहा था। जब केवल ठंडे आयनों पर विचार किया जाता है, तो वातावरण की मात्रा प्रति वर्ष कई हजार टन तक ओ स्पेस की मात्रा खो जाती है। संक्षेप में, यह मोजे खोने की तरह है। कोई बड़ी बात नहीं है, लेकिन आप जानना चाहते हैं कि वे कहां जा रहे हैं, है ना?
यह क्लस्टर मिशन के लिए ध्यान केंद्रित करने का एक और क्षेत्र है, जो पिछले डेढ़ दशक से यह पता लगाने का प्रयास कर रहा है कि ये आयन कैसे खो जाते हैं, वे कहां से आते हैं, और पसंद करते हैं। फिलिप एस्क्यूबेट के रूप में, क्लस्टर मिशन के लिए ईएसए के परियोजना वैज्ञानिक, इसे लगाएं:
“संक्षेप में, हमें यह पता लगाने की आवश्यकता है कि मैग्नेटोपॉज़ पर ठंडा प्लाज्मा कैसे समाप्त होता है. इसके कुछ अलग पहलू हैं; हमें इसे वहां पहुंचाने में शामिल प्रक्रियाओं को जानना होगा, कैसे ये प्रक्रिया गतिशील सौर हवा और मैग्नेटोस्फीयर की स्थितियों पर निर्भर करती है, और जहां प्लाज्मा पहली जगह से आ रहा है - क्या यह आयनमंडल, प्लास्मासेरे, या में उत्पन्न होता है कहीं और?“
इसे समझने के कारण स्पष्ट हैं। उच्च ऊर्जा कण, आमतौर पर सौर flares के रूप में, अंतरिक्ष-आधारित प्रौद्योगिकी के लिए खतरा पैदा कर सकते हैं। इसके अलावा, यह समझना कि हमारा वायुमंडल सौर हवा के साथ कैसे संपर्क करता है, यह तब भी उपयोगी है जब यह सामान्य रूप से अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए आता है। सौर मंडल में हमारे अपने ग्रह से परे जीवन का पता लगाने के हमारे वर्तमान प्रयासों पर विचार करें। अगर एक चीज है कि दशकों के मिशन ने पास के ग्रहों को हमें सिखाया है, तो यह है कि एक ग्रह का वातावरण और चुंबकीय वातावरण आदतों का निर्धारण करने में महत्वपूर्ण हैं।
पृथ्वी से निकटता के भीतर, इसके दो उदाहरण हैं: मंगल, जिसमें एक पतला वातावरण है और बहुत ठंडा है; और शुक्र, जो का वातावरण बहुत घना है और बहुत गर्म है। बाहरी सौर मंडल में, शनि का चंद्रमा टाइटन हमारे लिए साज़िश जारी रखता है, मुख्यतः असामान्य वातावरण के कारण। पृथ्वी के अलावा एक नाइट्रोजन युक्त वातावरण के साथ एकमात्र शरीर के रूप में, यह एकमात्र ज्ञात ग्रह भी है जहां सतह और वातावरण के बीच तरल स्थानांतरण होता है - पानी के बजाय पेट्रोकेमिकल के साथ।
इसके अलावा, नासा का जूनो मिशन बृहस्पति के अपने चुंबकीय क्षेत्र और वातावरण की खोज के लिए अगले दो साल बिताएगा। यह जानकारी हमें सौर मंडल के सबसे बड़े ग्रह के बारे में बहुत कुछ बताएगी, लेकिन सौर मंडल में इतिहास के ग्रहों के निर्माण पर कुछ प्रकाश डालने की भी उम्मीद है।
पिछले पंद्रह वर्षों में, क्लस्टर ने खगोलविदों को एक बड़ी बात बताने में सक्षम किया है कि पृथ्वी का वातावरण सौर हवा के साथ कैसे संपर्क करता है, और चुंबकीय क्षेत्र की घटनाओं का पता लगाने में मदद की है जिसे हम केवल समझने लगे हैं। और जब तक बहुत कुछ सीखा जा सकता है, वैज्ञानिकों का मानना है कि अब तक जो कुछ भी उजागर किया गया है वह क्लस्टर जैसे मिशन के बिना असंभव होगा।
