315 साल का विज्ञान प्रयोग

कैसे sunspot गिनती विज्ञान के अतीत और भविष्य को एकजुट करती है

20 वीं सदी के मध्य में स्विट्जरलैंड का सबसे घमंडी खगोलविद् मैक्स वाल्डेमियर था, जो सौर भौतिकी का विशेषज्ञ था। 1980 में उनकी सेवानिवृत्ति के बाद, उनके सहयोगियों को इतनी राहत मिली कि उन्होंने ज्यूरिख वेधशाला के निदेशक के रूप में उनकी पहल के बाद उन्हें लगभग भेज दिया। वाल्डेमियर इस अभ्यास के लिए जिम्मेदार था, गैलीलियो के समय में निहित था, और इतिहास में सबसे लंबी वैज्ञानिक प्रथाओं में से एक था: सूर्य पर धब्बे गिनना।

ज़्यूरिख़ वेधशाला सूर्य के स्थानों की गणना के लिए विश्व की राजधानी थी: सूर्य की सतह पर ठंडे अंधेरे क्षेत्र, जिसमें चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा आंतरिक गर्मी का संचलन दबा हुआ है। 19 वीं शताब्दी के बाद से, खगोलविदों ने सौर धब्बों के साथ सनस्पॉटों को जोड़ा है जो पृथ्वी पर जीवन के पाठ्यक्रम को बाधित कर सकते हैं। आज, वैज्ञानिकों को पता है कि स्पॉट उन क्षेत्रों को चिह्नित करते हैं जो कोलोसल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फ़ील्ड बनाते हैं जो वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम और इलेक्ट्रिकल नेटवर्क से लेकर वातावरण की रासायनिक संरचना तक हर चीज के काम में हस्तक्षेप कर सकते हैं।

वाल्डेमियर के संभावित अनुयायियों ने जो प्रतिकार किया, वह उनकी शत्रुता के तरीकों से था, जो उनके अपने से अलग थे। अंतरिक्ष युग में, उन्होंने 18 वीं शताब्दी के आविष्कारक के नाम पर फ्रैन्होफ़र रेफ्रेक्टर का उपयोग करके धब्बे गिनने की एक मैन्युअल विधि पर जोर दिया और 1849 में ज्यूरिख ऑब्जर्वेटरी के पहले निर्देशक रूडोल्फ वुल्फ द्वारा स्थापित किया। वाल्डेयर के चले जाने के बाद, उनके सहायक ने विरासत के सवाल में अनिश्चितता का फायदा उठाते हुए, दूर ले जाकर स्थापित किया। अपने बगीचे में फ्राउनहोफर। उपग्रहों से सूर्य का स्वचालित अवलोकन और ट्रैकिंग एक स्पष्ट सुधार था, साथ ही एक व्यक्ति के संकुचित टकटकी की तुलना में कम व्यक्तिपरक था।

लेकिन, वाल्डेमियर के प्रति सभी शत्रुता के बावजूद, उनका तरीका संरक्षित है। चक्रीय रूप से स्पॉट दिखाई देते हैं। लगभग 11 वर्षों से इनकी संख्या लगातार बढ़ रही है, इसके बाद लगभग 11 वर्ष की गिरावट देखी जा रही है। वाल्डेमियर ने महसूस किया कि चक्र की अंतर्निहित सुस्ती के कारण व्याख्या को अनुकूलित नहीं किया जा सकता है। बेल्जियम के रॉयल ऑब्जर्वेटरी में सौर प्रभाव डेटा विश्लेषण केंद्र के निदेशक खगोलशास्त्री फ्रेडरिक केलेट कहते हैं, "इस प्रक्रिया को ओवरक्लॉक नहीं किया जा सकता है।" "सूर्य को समझने के लिए, लंबे समय तक चक्र रिकॉर्ड करना आवश्यक है।"

और डेटा निरंतरता बनाए रखने का सबसे अच्छा तरीका, केलेट बताते हैं, एक अवलोकन पद्धति का उपयोग करना है जो अतीत को भविष्य से जोड़ता है। अधिकांश आधुनिक विज्ञान के विपरीत, तकनीकी विकास के साथ, मानव मस्तिष्क और आंखें स्टार परिवर्तनों का पता लगाने के लिए सबसे स्थिर उपकरण बनी हुई हैं जो हमें पूरी जिंदगी देती हैं।

"आधुनिक तकनीक और उपकरण बहुत सारी चीजों में सक्षम हैं, लेकिन ये प्रौद्योगिकियां केवल कुछ ही सौर चक्रों में मौजूद हैं, इसलिए वे सदियों से चक्रों में परिवर्तन नहीं दिखाते हैं," वैश्विक मतगणना प्रक्रिया के कार्यवाहक केलेट कहते हैं, जिसे वुल्फ ने ज्यूरिख में शुरू किया था, जिसे अब जाना जाता है। जैसे इंटरनेशनल सनस्पॉट नंबर या वुल्फ नंबर । केलेट की देखरेख में, दोष अभी भी मैन्युअल रूप से गिना जाता है। "उन्हें आँख से गिनते हुए, हम दूर के अतीत में जो कुछ भी देखते हैं उससे जुड़ सकते हैं।"

यह एक अद्भुत कहानी है, Clett कहते हैं। सबसे लंबे समय तक रहने वाले वैज्ञानिक तरीकों में से एक सरल अवलोकन है। "यह जानकारी के संग्रह का एक लंबा, व्यवस्थित विकास है, जिसके कारण सनस्पॉट की घटना की समझ पैदा हुई और केक पर एक चेरी भविष्य का अनुमान लगाने का एक अवसर है।"


यह काम करता है - इसे स्पर्श न करें: XVIII सदी के अपने आविष्कारक के नाम पर बने फ्रैन्हॉफ़र रेफ्रेक्टर का उपयोग सूर्य की भौतिकी में विशेषज्ञों द्वारा अधिकांश XX सदी के लिए स्पॉट की गणना करने के लिए किया गया था।

स्पॉट खगोलियां आधुनिक खगोल विज्ञान की तुलना में पहले शुरू हुईं, कम से कम तीन सहस्राब्दी के लिए। चूंकि सूर्य कई प्राचीन धर्मों का केंद्रीय उद्देश्य था, इसलिए किसी भी धब्बे को एक महत्वपूर्ण घटना माना जाता था। ज़म्बीज़ी के तट से प्राचीन अफ्रीकी लोगों के लिए , सनस्पॉट्स गंदगी थी जिसके साथ ईर्ष्या के चंद्रमा ने सूरज का चेहरा थप्पड़ मारा था। प्राचीन चीन के धब्बों को उड़ते हुए महल का निर्माण खंड माना जाता है, या यहां तक ​​कि ब्रश के स्ट्रोक भी हैं जो राजा के चरित्र को निर्धारित करते हैं। वर्जिल ने अपने जॉर्जियाई लोगों को चेतावनी देते हुए एक और व्यावहारिक तरीका अपनाया:

यदि धब्बे सुनहरी आग के साथ हस्तक्षेप करने लगते हैं,
सब कुछ - आप देखेंगे - फिर यह हवा के साथ एक साथ उबाल लेगा
और बादल

गैलीलियो ने अधिक वैज्ञानिक रूप से धब्बों का अध्ययन किया, और उन्हें सौर डिस्क के अपने अध्ययन में अंशांकन के लिए उपयोगी अंक माना। उनकी उपस्थिति में दैनिक परिवर्तनों के दूरबीन में सावधानीपूर्वक टिप्पणियों से, उन्होंने सही ढंग से निर्णय लिया कि सूर्य गोलाकार है और अपनी धुरी पर घूमता है, बदलते दोषों को स्थानांतरित करता है। लेकिन उनके दृष्टिकोण से, स्पॉट यादृच्छिक थे। इसने कल्पना के लिए बहुत जगह छोड़ी। दार्शनिक रेने डेसकार्टेस का मानना ​​था कि स्पॉट प्रागैतिहासिक फोम के महासागर थे। खगोलविद विलियम हर्शेल का मानना ​​था कि ये अंधेरे सूरजमुखी की दुनिया में थे, जहां लोग तारे के चमकीले खोल के नीचे रहते हैं।

हालाँकि, एक शौकिया खगोलशास्त्री था जो बस आकाश के पर्याप्त अवलोकन और सब कुछ के रिकॉर्ड रखता था जो उसने देखा था। हाइनरिक श्वेबे , फार्मासिस्ट के रूप में काम करते हुए, 1826 में सूर्य का निरीक्षण करना शुरू किया, और लगातार चालीस साल तक 300 से अधिक दिनों तक लगातार इसमें लगे रहे। प्रारंभ में, उन्होंने बुध की कक्षा के अंदर अनदेखे ग्रहों की खोज की। कुछ भी निश्चित नहीं पाकर वह धीरे-धीरे सूर्य की धब्बेदार सतह का निरीक्षण करने लगा।

1844 तक, दसियों हजार स्पॉट गिने गए, श्वाबे को यकीन हो गया कि स्पॉटिंग का एक चक्र है: स्पॉट्स की संख्या हर 10 साल में बढ़ी और घट गई। इसके लिए उनके पास कोई स्पष्टीकरण नहीं था, लेकिन उन्होंने फैसला किया कि अन्य लोग उनकी टिप्पणियों से कुछ उपयोगी सीख सकते हैं, इसलिए उन्होंने एस्ट्रोनोमिस नाचरिचेन पत्रिका में एक-पेज का नोट प्रकाशित किया। उनके काम को बर्न वेधशाला के 30 वर्षीय निदेशक रुडोल्फ वुल्फ ने पढ़ा था। जब वुल्फ 1864 में ज्यूरिख वेधशाला के निदेशक बने, तो उन्होंने शोध के लिए एक विषय के रूप में सनस्पॉट चक्र चुनने का फैसला किया।

वुल्फ केवल समय के साथ गणना से संतुष्ट नहीं था। चक्र के अस्तित्व को स्थापित करने और इसे सही तरीके से मापने के लिए, उसने विवेकपूर्ण तरीके से पिछले डेटा को इकट्ठा करने का फैसला किया - श्वाबे के साथ शुरू - और इसे अपने स्वयं के दैनिक टिप्पणियों में एकीकृत किया।

समस्या यह थी कि संख्याएँ मेल नहीं खाती थीं। एक दिन के लिए गणना करते समय भी संख्या मेल नहीं खाती थी, 1849 से 1868 तक हजारों बार, अंतिम श्वाबे गणना तक। फ्राउनहोफर टेलिस्कोप पुराने श्वाबे साधन की तुलना में काफी अधिक शक्तिशाली था, और इसमें यह देखा गया था कि श्वाबे के कई स्पॉट वास्तव में क्लस्टर थे। इसकी भरपाई के लिए, वुल्फ ने दो महत्वपूर्ण निर्णय लिए। सबसे पहले अपनी खुद की गणना पर पुनर्विचार करना है - वास्तव में, स्पॉट की सापेक्ष गतिविधि वास्तव में महत्वपूर्ण थी। दूसरा उपाय यह था कि उनके और श्वाब द्वारा गिने गए धब्बों की संख्या के बीच संबंध स्थापित किया जाए, जब उनकी टिप्पणियों को उसी दिन लिया गया था। उन्हें गुणांक मिला, इसे k कहा जाता है, और यह एक ऐसा कारक था जिसे 1849 तक पुराने श्वेबा टिप्पणियों पर लागू किया जा सकता था, सांख्यिकीय रूप से उन्हें नए वुल्फ डेटा के साथ जोड़ा जा सकता था।

गुणांक ने कुछ और भी दिलचस्प बना दिया। कई युगपत टिप्पणियों के लिए धन्यवाद, वुल्फ अन्य वैज्ञानिकों के लिए कश्मीर गुणांक प्राप्त करने के लिए पुराने श्वाबे डेटा का उपयोग करने में सक्षम था, और 1700 तक स्पॉट की संख्या पर अपने डेटा को मज़बूती से बढ़ाया। फिर वुल्फ ने महाद्वीप पर स्पॉट काउंटरों का एक पूरा नेटवर्क तैयार किया, और उनकी दैनिक गणना, शून्य से लेकर सौ के जोड़े तक, खगोल विज्ञान में सबसे विश्वसनीय डेटासेट में से एक बन गया।

डेटा से पता चला है कि श्वबेबे सनस्पॉट चक्र के बारे में सही था, लेकिन इसकी अवधि के बारे में नहीं। सबसे पहले, वुल्फ ने इस अवधि को 11 वर्षों में सुनाया, और फैसला किया कि उसने इसका कारण खोजा है: बृहस्पति को अपनी कक्षा में सूर्य के चारों ओर जाने के लिए सिर्फ 11 वर्षों की आवश्यकता थी। हालांकि, उसने जितने अधिक चक्र एकत्र किए, उतना कम विश्वसनीय यह सहसंबंध देखा गया। कुछ चक्र 14 साल तक चले। अन्य के अनुसार 9. चूंकि बृहस्पति की कक्षीय अवधि में बदलाव नहीं हुआ, इसलिए वैज्ञानिक को हार माननी पड़ी।

वह इस विश्वास में गणना करता रहा कि पर्याप्त डेटा वाला कोई व्यक्ति सनस्पॉट की उपस्थिति के लिए तंत्र को उजागर करने में सक्षम होगा। वह 1893 में अपनी मृत्यु तक विश्वास करता था। उस समय तक, उनके सहायक अल्फ्रेड वोल्फ 17 साल तक उनके साथ स्पॉट थे। उनके गुणांक कश्मीर ने ज्यूरिख वेधशाला के अन्य निदेशकों को प्रेक्षणों का एक सुचारू रूप से संक्रमण सुनिश्चित किया, जो कि अभिमानी वल्दमीयर तक था, जिन्होंने स्पॉट के विकासवादी वर्गीकरण और भू-चुंबकीय तूफानों की भविष्यवाणी करने की विधि विकसित की, जो गंभीरता से उन्नत सौर विज्ञान था।


सनस्पॉट की तेजस्वी छवि उस स्थान को इंगित करती है जहां चुंबकत्व ने सूर्य में गर्मी की गति को दबा दिया, सौर संवहन। सनस्पॉट उन क्षेत्रों को चिह्नित करते हैं, जहां से पृथ्वी के जीपीएस और विद्युत नेटवर्क को प्रभावित करते हुए भारी चमक उठती है।

तो शुद्ध सूर्य की अवधि के कारण काले धब्बे की अवधि क्यों होती है? "वास्तव में, हम अभी भी नहीं जानते कि क्या आवृत्ति पर निर्भर करता है," Klett स्वीकार करता है। 315 साल के डेटा संग्रह के बाद भी, सनस्पॉट चक्र तंत्र अभी तक पूरी तरह से रोशन नहीं हुआ है।

हालांकि, श्वेबे के बाद से महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, विशेष रूप से सौर चमक प्रभाव के क्षेत्र में। 1859 में, वुल्फ के अवलोकन नेटवर्क में दो शौकिया खगोलविदों ने धब्बों के एक समूह के अंदर दो उज्ज्वल चमक देखी। अगले दिनों में, टेलीग्राफ का काम बाधित हो गया, और पूरे यूरोप में उत्तरी रोशनी देखी गई। कई ऐसे प्रकरणों ने इन घटनाओं के संबंध में वैज्ञानिकों को आश्वस्त किया, जिसकी व्याख्या 1908 में हुई, जब खगोलशास्त्री जॉर्ज एलरी हेल ने सनस्पॉट्स की चुंबकीय प्रकृति को निर्धारित करने के लिए एक स्पेक्ट्रोस्कोप का उपयोग किया (चुंबकत्व रंग स्पेक्ट्रम को थोड़ा प्रभावित करता है)। सूर्य के काले दोषों को अंत में समझा जा सकता है। वे प्रागैतिहासिक फोम या सूर्य की आबादी के संकेत नहीं थे, लेकिन जिन क्षेत्रों में चुंबकत्व ने सूर्य में गर्मी के संचलन को दबा दिया, एक प्रक्रिया में सौर संवहन के रूप में जाना जाता है।

आज, सौर भौतिकी के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि घूमते सूरज के अंदर प्लाज्मा के घूर्णी गति से स्पॉट चक्र नियंत्रित होते हैं। चूँकि प्लाज्मा विद्युत आवेशित होता है और प्लाज्मा परतें अलग-अलग गति से घूमती हैं, इसलिए सूर्य का क्षेत्र डायनेमो की तरह व्यवहार करता है, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उत्पादन पृथ्वी के ध्रुवीय चुंबकत्व से हजारों गुना अधिक मजबूत होता है। प्लाज्मा का परिसंचरण जो सौर डायनेमो बनाता है, सुपर कंप्यूटर पर मॉडलिंग की जाती है। सदियों से, एकत्र किए गए सनस्पॉट के डेटा ने वैज्ञानिकों को सिमुलेशन चलाने और इन मॉडलों को मान्य करने में मदद की है और देखा है कि कौन से मॉडल क्रमिक चक्रों की बदलती आवृत्ति के सबसे करीब हैं। मॉडल जितने सही बनेंगे, हम सनस्पॉट चक्र को उतना ही बेहतर समझ पाएंगे।

सनस्पॉट की गणना करने की आवश्यकता, केलेट बताते हैं, केवल टेलीग्राफ से उपग्रहों में संक्रमण के दौरान वृद्धि हुई है। "स्पॉट की संख्या आने वाले महीनों और वर्षों के लिए गड़बड़ी की आवृत्ति और ताकत का अनुमान लगाने में मदद करती है," वे कहते हैं। बेल्जियम की रॉयल वेधशाला लगातार दूरसंचार और ऊर्जा कंपनियों से डेटा अनुरोध प्राप्त करती है। वाणिज्यिक एयरलाइन भी सनस्पॉट प्रवृत्तियों पर निर्भर करती हैं, क्योंकि सौर चुंबकत्व आयन मंडल में रेडियो तरंगों की गति को प्रभावित करता है और जीपीएस निर्देशांक को विकृत करता है। यदि धूप का मौसम तूफानी होता है, तो पायलट अपना ध्यान अन्य नेविगेशन साधनों पर स्थानांतरित कर देंगे।

पृथ्वी और सनस्पॉट के जीवन के बीच, कम पुष्टि वाले सहसंबंध भी व्युत्पन्न हैं। चिकित्सा शोधकर्ता सौर चुंबकत्व और कैंसर के बीच एक संबंध खोजने की कोशिश कर रहे हैं। अर्थशास्त्री सौर चक्र और कृषि के बीच संबंध देख रहे हैं। क्लाइमेटोलॉजिस्ट जानना चाहते हैं कि क्या छोटी बर्फ की उम्र "महान चढ़ाव" की अवधि के कारण होती है - जब सूर्य पर लगभग कोई धब्बे नहीं होते हैं - जैसा कि 18 वीं शताब्दी में हुआ था। उस अवधि के चित्रों में टेम्स और वेनिस पर स्केटिंग करने वाले लोगों को दर्शाया गया है।

जलवायु विज्ञान में प्रगति विशेष रूप से दिलचस्प है। यह ज्ञात है कि सूर्य के विकिरण से वायुमंडल की ऊपरी परतों की रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और सनस्पॉट विभिन्न तरंग दैर्ध्य की तीव्रता को नियंत्रित करते हैं - अवरक्त से एक्स-रे तक - हमारे ग्रह पर बमबारी करते हैं। सौर स्पेक्ट्रम में परिवर्तन के साथ स्पॉट की संख्या को जोड़कर, जलवायु विज्ञानी जल्द ही 18 वीं शताब्दी के महानतम न्यूनतम समय के दौरान सूर्य की वर्णक्रमीय छवि का निर्धारण करने में सक्षम होंगे।

वुल्फ ने डेटा के इस तरह के अनुप्रयोग के बारे में कभी नहीं सोचा होगा - यह वर्तमान और भविष्य के अन्य वुल्फों के लिए एक सबक होगा: आधुनिक विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक का समाधान - वैश्विक जलवायु परिवर्तन - ज्ञात होने से बहुत पहले एकत्र किए गए डेटा पर निर्भर करेगा। "मुझे लगता है कि यह वैज्ञानिक अनुसंधान का सार है, जिसके दौरान आप एक नई घटना का निरीक्षण करते हैं जिसे आप समझ नहीं सकते हैं," केलेट कहते हैं। - यह एक नया क्षेत्र खोलने जैसा है। आप जानते हैं कि आपको नया ज्ञान प्राप्त होगा, भले ही यह आपके द्वारा अपेक्षित दिशाओं से नहीं आता हो। ”

सनस्पॉट चक्र की व्याख्या वुल्फ के सदियों पुराने जुआ की अंतिम पुष्टि होगी। लेकिन सनस्पॉट अनुसंधान में एक कार्यवाहक के रूप में, केलेट ने एक और सफलता के साथ आनन्दित किया: उन्होंने हाल ही में एक ऐसे व्यक्ति से संपर्क किया, जिसे विश्वासघाती सहायक वाल्डेमियर से वुल्फ के उपकरण विरासत में मिले थे। पुराने फ्रैन्होफर टेलीस्कोप का उपयोग करने वाले अवलोकन फिर से सनस्पॉट की अंतर्राष्ट्रीय गणना में योगदान करते हैं।

डिलाईट केलेट भावना से संबंधित नहीं है, लेकिन केवल स्पॉट की गणना को एक सुसंगत प्रक्रिया में बदलने में वुल्फ की मुख्य भूमिका को नोट करता है। "मैं इस दूरबीन के गुणांक k निर्धारित करने में सक्षम था," वे कहते हैं। - यह आदर्श रूप से 19 वीं शताब्दी में वुल्फ को परिभाषित करने के साथ मेल खाता है - और यह तब है जब आप मानते हैं कि आज यह वुल्फ नहीं है जो गणना में शामिल है। संयोग k यह संकेत है कि पिछली कुछ शताब्दियों में मस्तिष्क-नेत्र प्रणाली नहीं बदली है। ”

और अगर सदियों का अंतिम युगल एक अच्छा संकेतक है, तो बहुत लंबे समय के लिए सरल टिप्पणियों का मूल्य होगा। सनस्पॉट की गिनती किसी भी शोध के लिए एक मॉडल हो सकती है जिसके लिए दीर्घकालिक डेटा संग्रह की आवश्यकता होती है - जैसे कि सुपरनोवा बनने से हजारों साल पहले एक प्राचीन तारे के व्यवहार में मायावी परिवर्तन। दसियों या सैकड़ों पीढ़ियों की आवश्यकता वाले सुपरनोवा अध्ययन की तुलना में, सनस्पॉटों की गिनती बहुत तेज लगती है।

इस तरह का दीर्घकालिक प्रयोग एक महाकाव्य चुनौती होगी। यह वुल्फ के योग्य चालाक चालाक और वाल्डमेयर के योग्य पारंपरिक परंपरा पर निर्भर करेगा। लेकिन उच्चतम क्षमता को प्राप्त करने के लिए, आपको श्वाबे की ऐसी शांत मानसिकता की आवश्यकता है, जिन्हें यह जानने की जरूरत नहीं थी कि वे वास्तव में अपने डेटा में क्या पाएंगे - योग्यता भी बस प्राकृतिक घटना को देखने में थी।