Read Time:16 Minute

ഡോ. ടി.ഇ. ഗിരീഷ്

ഫിസിക്സ് വിഭാഗം – മുൻ തലവൻ

തിരുവനന്തപുരം യൂണിവേഴ്സിറ്റി കോളേജ്

സൗര നക്ഷത്രത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾ

ഡോ. ടി.ഇ. ഗിരീഷ്

ഭൂമിയുടെ ഏറ്റവും അടുത്ത നക്ഷത്രമായ സൂര്യനെ വിശദമായി പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു. സൗര ആക്ടീവത അഥവാ സൂര്യന്റെ പ്രത്യേക മേഖലകളിൽ സംഭവിക്കുന്ന വ്യതിയാനങ്ങൾ വിശദീകരിക്കുന്നു. സൂര്യ കളങ്കങ്ങളെക്കുറിച്ചും അവയുടെ ചാക്രിക സ്വഭാവങ്ങളും വിവരിക്കുന്നു.

ശാസ്ത്രഗതി 2023 മാര്‍ച്ച് ലക്കത്തില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ലേഖനം

സൂര്യൻ നമ്മുടെ ഏറ്റവും അടുത്ത നക്ഷത്രം മാത്രമല്ല, അത് പ്രകൃതിയിലെ വൈവിധ്യമാർന്ന ജ്യോതിർ ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങൾ സമ്മേളിക്കുന്ന ഒരു വലിയ പരീക്ഷണശാല കൂടിയാണ്.

പ്ലാസ്മാ ഭൗതികശാസ്ത്രം (Plasma Physics) വികിരണ കൈമാറ്റം (Radiative Transfer) ആണവ സംയോജനം (Nuclear fusion), ഉച്ചതാപ സ്പെക്ട്രൽ 210M 63138 (High temperature Spectroscopy) തുടങ്ങിയ വിജ്ഞാന ശാഖകളിലെ അറിവ് വർധിപ്പിക്കുവാൻ സൗര പഠനങ്ങൾ നമ്മളെ സഹായിക്കുന്നു. സൂര്യനും സൗരയൂഥ ഗ്രഹങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം സൗരേതര ഗ്രഹങ്ങളെ (Extra star planets) മനസ്സിലാക്കുവാനും അവയിൽ ജീവനെ കണ്ടെത്താനും ഉതകുന്നു. 4.5 ശതകോടി (billion) വർഷങ്ങൾ പിന്നിട്ട നമ്മുടെ സൗരനക്ഷത്രം ഇനി അത്രയും വർഷം കൂടി കഴിഞ്ഞാൽ ഒരു ചുവന്ന ഭീമൻ നക്ഷത്രമായിട്ട് പരിണമിക്കും.

സൂര്യന്റെ ഉപരിതല (Photosphere) താപനില 5800K ആണെന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. പക്ഷേ, ബാഹ്യ അന്തരീക്ഷപാളിയായ സൗര കൊറോണയുടെ താപം ദശലക്ഷം കെൽവിൻ ആണെന്ന സത്യം ശാസ്ത്രലോകത്തിന് ഇപ്പോഴും ഒരു പ്രഹേളികയായി അവശേഷിക്കുന്നു.

സൗരസ്പെക്ട്രൽ (Solar Spectrum) വിവരങ്ങൾ

നക്ഷത്രങ്ങളുടെ സ്പെക്ട്രൽ വർഗീകരണം (Spectral Classification) അതിന്റെ രാസഘടനയേയും ഉപരിതല താപനിലയേയും (Luminosity) യേയും അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയാണ് നടത്തുന്നത്.

നക്ഷത്രങ്ങൾ O, B, A, F, G, K, M എ ന്നീ സ്പെക്ട്രൽ വിഭാഗങ്ങളിൽപെടുന്നു. സൂര്യൻ G വിഭാഗത്തിൽപെട്ട ഒരു നക്ഷത്രമാണ്.

വയൻ നിയമമനുസരിച്ച് (Wien’s displacement law) ഒരു നക്ഷത്രത്തിന്റെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന സ്പെക്ട്രൽ വികിരണം നടക്കുന്ന തരംഗ ദൈർഘ്യം (Wave length) അതിന്റെ ഉപരിതല താപനിലയെ (T) അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയായിരിക്കും. ഈ നിയമത്തിന്റെ സമവാക്യം

λ_m T = Constant എന്നാകുന്നു. സൂര്യന്റെ താപനിലയനുസരിച്ച് അതിന്റെ λm = = 505nm ആണെന്ന് നമുക്ക് നിർണ്ണയിക്കാം. ഇത് നീല-പച്ച നിറങ്ങൾക്കിടയിൽപ്പെടുന്നു. ഈ തരംഗ ദൈർഘ്യത്തിലാണ് മനുഷ്യന്റെ കണ്ണുകൾക്ക് ഏറ്റവും കൂടുതൽ ക്ഷമത ഉള്ളത്.

17-ാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ഐസക് ന്യൂട്ടനാണ് വെളുത്ത സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ ഏഴു നിറങ്ങളുള്ള Emission Spectral രേഖകൾ കണ്ടെത്തിയത്. 1800-1870 CE കാലഘട്ടത്തിൽ നടന്ന സ്പെക്ടൽ പഠനങ്ങൾ സൂര്യന്റെ രാസഘടന മനസ്സിലാക്കുവാൻ നമ്മളെ സഹായിച്ചു. ഇത് നൂതനമായ നക്ഷത്ര സ്പെക്ട്രൽ പഠനം Stellar Spectroscopy എന്ന ശാസ്ത്രശാഖക്ക് തുടക്കംകുറിച്ചു. ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ക്വാണ്ടം ഭൗതിക ശാസ്ത്രത്തിന്റെ പിറവിക്കു കാരണമായതും 19-ാം നൂറ്റാണ്ടിലെ സൗര സ്പെക്ട്രൽ പഠനങ്ങളാണ്.

സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ സ്പെക്ട്രത്തിൽ കറുത്ത രേഖകൾ ആദ്യമായിട്ട് കണ്ടെത്തിയത് 1802-ൽ ബ്രിട്ടീ ഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ William Wollaston ആണ്.^[1] ഈ കറുത്ത ആഗിരണ രേഖകളുടെ (Dark Solar absorption lines) ഇംഗ്ലീഷ് അക്ഷരമാല ക്രമത്തിലുള്ള വർഗീകരണത്തിന് തുടക്കം കുറിക്കുന്നതും വോളസ്റ്റൻ ആണ്. 1814-ൽ ജർമ്മൻ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ Joseph Fraunhoffer ആണ് സൂര്യന്റെ കറുത്ത ആഗിരണ രേഖകളുടെ സമഗ്രപഠനം നടത്തിയത്. 600-ൽപരം കറുത്ത സൗരരേഖകൾ അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തുകയും അതിന്റെ വോളസ്റ്റൻ മാതൃകയിലുള്ള വർഗീകരണം നടത്തുകയും ചെയ്തു.

1860-കളിൽ Gustav Kirchoff ആണ് മൂലകങ്ങളുടെ പരീക്ഷണ ശാലയിലെ സ്പെക്ട്രർ പഠനങ്ങളും സൗര ആഗിരണ രേഖകളും താരതമ്യം ചെയ്ത് സൂര്യന്റെ രാസഘടന നിർണ്ണയിക്കാം എന്ന് ആദ്യമായിട്ട് കണ്ടെത്തിയത്. ദൃശ്യപ്രകാശത്തിലെ പ്രധാന സൗര സ്പെക്ട്രർ രേഖകളിൽ കാൽസ്യം മൂലകത്തിന്റെ H and K രേഖകളും ഹൈഡ്രജൻ മൂലകത്തിന്റെ H ആൽഫ രേഖയും ഉൾപ്പെടുന്നു. സൗര ആക്ടീവത നിർണ്ണയിക്കാനും സൗരകാന്തിക മണ്ഡലത്തിന്റെ ശരാശരി ശക്തി നിർണ്ണയിക്കാനും H and K രേഖകൾ സഹായകമാണ്. സൗര ആക്ടീവതയുടെ മറ്റൊരു അളവുകോലാണ് H-ആൽഫ രേഖയുടെ തെളിച്ചം. നക്ഷത്ര പഠനക്കാർക്കും ഈ സ്പെക്ട്രൽ രേഖകൾ വളരെ പ്രാധാനപ്പെട്ടതാണ്. 1868-ലെ ഗുണ്ടൂർ (ഇന്ത്യയിലെ ആന്ധ്രാപ്രദേശ്) സമ്പൂർണ്ണ സൂര്യഗ്രഹണ പഠനങ്ങളിലാണ് സൂര്യനിൽ ഹീലിയം എന്ന രാസമൂലകത്തേയും H – ആൽഫ രേഖകളേയും ആദ്യമായിട്ട് കണ്ടെത്തിയത്. ഇതിൽ ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജൂൾ പിയറി ജെൻസൻ നിർണ്ണായകമായ പങ്ക് വഹിച്ചു.

സൗര അന്തർഭാഗം

സൂര്യന്റെ അന്തർഭാഗത്തെ ഉൾക്കാമ്പ്, വികരണ മേഖല, കൺവെക്ഷൻ മേഖല എന്നിങ്ങനെ മൂന്നായിട്ട് വിഭജിക്കാം. (Core Radiative Zone, Convective Zone). സൂര്യന്റെ കേന്ദ്രത്തിലാണ് ഊർജം ഉൽപാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. പതിനഞ്ച് ദശലക്ഷം കെൽവിൻ താപനിലയുള്ള ഉൾക്കാമ്പിലാണ്. സൂര്യനിൽ പ്രോട്ടോണുകൾ സംയോജിച്ച് ഹീലിയം ഉണ്ടാകുന്ന ആണവ സംയോജന (Nuclear Fusion) പ്രതികരണങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്നു. ഈ പ്രതികരണങ്ങൾ ലഘൂകരിച്ച് താഴെപറയുന്ന രീതിയിൽ എഴുതാം.

4(P)→1(He)+2(e+)+2(v)+ Energy

ശരാശരി നാലു പ്രോട്ടോണുകൾ സംയോജിക്കുമ്പോൾ ഒരു ഹീലിയം ന്യൂക്ലിയസും രണ്ടു പോസിട്രോണുകളും രണ്ടു ന്യൂട്രിനോകളും ഊർജവും ഉണ്ടാകുന്നു. സൂര്യാന്തർഭാഗത്ത് ദ്രാവക സമാനമായ താപ വിതരണം നടത്തുന്ന ഭാഗമാണ് കൺവെക്ടീവ് മേഖല. ഡൈനാമോ തത്വമനുസരിച്ചുള്ള പ്രതിഭാസങ്ങളാൽ ഇവിടെയാണ് സൂര്യനിൽ കാന്തിക മണ്ഡലം ഉദ്ഭവിക്കുന്നതെന്ന് ശാസ്ത്രകാരന്മാർ കരുതുന്നു. വികിരണ താപ വിതരണം നടക്കുന്ന പ്രദേശമായ വികിരണ മേഖല കൺവെക്ടീവ് മേഖലയ്ക്കു താഴെ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. സൂര്യന്റെ കാന്തിക മണ്ഡലം നിലനിർത്താൻ സൗരയൂഥ ഗ്രഹചലനം കാരണമാകുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.

സൗര ന്യൂട്രിനോകൾ 1965 മുതൽ പ്രത്യേക ഭൂഗർഭ നിരീക്ഷണ ശാലകളിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. ന്യൂട്രിനോ കണികളുടെ പിണ്ഡ നിർണ്ണയം ഇത്തരം പരീക്ഷണ വിവരങ്ങളിൽ നിന്നാണ് നടത്തുന്നത്. ന്യൂട്രിനോകളെ ഏറ്റവും ഭാരം കുറഞ്ഞ അടിസ്ഥാന കണികകളായി കരുതാമെന്നതിന്റെ ജ്യോതിർ ഭൗതിക അടിസ്ഥാനം അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു ഗവേഷണ ലേഖനത്തിൽ^[2] പ്രതിപാദിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്.

സൗര അന്തർഭാഗത്തെക്കുറിച്ചു പഠിക്കുവാൻ അവിടെ നിന്നും വരുന്ന തരംഗങ്ങളെ അവലംബിച്ചുള്ള പഠന മേഖലയെ Helioscismology എന്നു വിളിക്കുന്നു.

സൗര ആക്ടീവത (Solar Activity)

സൂര്യന്റെ പ്രത്യേക മേഖലയിൽ ഭൗതിക സ്വഭാവത്തിന് വ്യതിയാനങ്ങൾ സംഭവിക്കുകയാണെങ്കിൽ അത്തരം പ്രതിഭാസങ്ങളെ സൗര ആക്ടീവത എന്നു വിളിക്കുന്നു.

സൂര്യ കളങ്കങ്ങൾ (Sunspots) സൗര ആക്ടീവതയിൽ പ്രധാന പങ്കുവഹിക്കുന്ന പ്രതിഭാസമാണ്. സൂര്യന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ മധ്യരേഖ മുതൽ 35 ഡിഗ്രി latitude വരെയാണ് ഇവ കാണുന്നത്. ഇവയുടെ എണ്ണത്തിലും വലുപ്പത്തിലും 11 വർഷങ്ങളുടെ ഒരു ചാക്രിക വ്യതിയാനം കാണപ്പെടുന്നു. ഇതിനെ Sunspot Cycle എന്നു വിളിക്കുന്നു. ശക്തികൂടിയ കാന്തിക മണ്ഡലവും കുറഞ്ഞ താപനിലയും സൗര കളങ്കങ്ങളുടെ സവിശേഷതകളാണ്. (ചിത്രം 1 നോക്കുക) ഇരട്ടകളായിട്ടാണ് ഇവ കാണപ്പെടുന്നത്. സൂര്യന്റെ സൗരകളങ്കങ്ങൾപോലുള്ള ആക്ടീവത കൂടിയ കേന്ദ്രങ്ങളിൽ കാന്തിക ഊർജം ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു. ഇവ ചിലപ്പോൾ ഉച്ചഊർജവികിരണങ്ങളായും ഉച്ചഊർജ കണികളായും രൂപമാറ്റം കൈവരിക്കുന്നു. പ്ലാസ്മ ഭൗതികശാസ്ത്രപരമായ ഊർജമാറ്റമാണ് ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനം. ഇവസൗരകൊറോണയിൽ പിണ്ഡഉത്സർജനങ്ങളായും (CME) ഉച്ചഊർജ കണികാ (SPE) ബഹിർസ്ഥുരണങ്ങളായും പരിണമിക്കുന്നു.

ചിത്രം 1- സൗരോപരിതലത്തിലെ സൂര്യകളങ്ക ജോടികളും അവയുടെ ഭൗതിക സവിശേഷതകളും (കടപ്പാട് : Study.com)

സൗര-ഭൗമ ബന്ധങ്ങൾ

സൗര-ഭൗമ ബന്ധങ്ങൾ (ചിത്രം 2) പഠിക്കുന്നത് രണ്ട് കാരണങ്ങളാൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു. ആദ്യമായിട്ട് ഭൂമിയുടെ അടുത്തുള്ള ബഹിരാകാശ കാലാവസ്ഥ (Space Weather) മനസ്സിലാക്കാൻ നമ്മെ സഹായിക്കുന്നു. ഈ പ്രതിഭാസം കൃത്രിമ ഉപഗ്രഹങ്ങളെയും ഭൂമിയിലെ ചില സാങ്കേതിക സംവിധാനങ്ങളെയും ചിലപ്പോൾ പ്രതികൂലമായിട്ട് ബാധിക്കുന്നു. പ്രത്യേകിച്ച്, CME മുതലായ സൗര ആക്ടീവത കാണുമ്പോൾ. ഭൂമിയുടെ കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനങ്ങളിൽ സൂര്യന് നിർണ്ണായകമായ പങ്കുണ്ട്.

ചിത്രം 2-സൗര ഫ്ലോറുകളും അവയുടെ ഭൂമിയിലേയും ബഹിരാകാശത്തിലേയും പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും

ഇന്ത്യയിലെ മൺസൂൺ മഴയേയും വരൾച്ചകളേയും സൗര ചാക്രിക വ്യതിയാനങ്ങൾ സ്വാധീനിക്കുന്നതായിട്ട് സമകാലീനപഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. സൗര-ഭൗമസംവിധാനത്തെ നമുക്ക് ആറ് വിഭാഗങ്ങളായി വിഭജിക്കാം. 1) സൂര്യൻ 2) ഭൂമിയുടെ അടുത്തുള്ള ഗ്രഹാന്തര സ്ഥലം (near Earth interplanetary space) 3) ഭൂമിയുടെ ബഹിരാകാശത്തെ അതിന്റെ കാന്തികമണ്ഡലത്തിന്റെ സ്വാധീനമുള്ള സ്ഥലം (Magnetosphere) ഇതിൽ Radiation ബെൽറ്റുകളും ഉൾപ്പെടും. 4) ഭൂമിയുടെ അയണോസ്ഫിയറും കാന്തികമണ്ഡലവും 5) ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷം 6) ഭൂമിയും ജീവജാലങ്ങളുടെ ആവാസകേന്ദ്രങ്ങളും. ഈ ആറു വിഭാഗങ്ങളും പരസ്പരം ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

ഇന്ത്യയുടെ സൗരപഠന പാരമ്പര്യം

പ്രാചീന കാലത്തും മധ്യ കാലത്തും ഇന്ത്യയിൽ സമ്പൂർണ്ണ സുര്യഗ്രഹണ പഠനങ്ങൾ നടന്നിരുന്നു. കേരളത്തിൽ ആര്യഭടന്റെ കാലം മുതൽ 17-ാം നൂറ്റാണ്ടുവരെ സൂര്യഗ്രഹണ നിരീക്ഷണങ്ങൾ തുടർച്ചയായി നടന്നിരുന്നു. ഗ്രഹണ സമയവും ദൈർഘ്യവും സൂര്യന്റെ വ്യാസം, ചന്ദ്രന്റെ വ്യാസം തുടങ്ങിയവ ഈ പഠനങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരുന്നു. മധ്യകാലത്ത് ഇന്ത്യയിൽ സുഷിര സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു ഗ്രഹണ സുര്യന്റെ പ്രതിബിംബം ചുവരിൽ പതിപ്പിച്ച് നിരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി വന്നിരുന്നതായി അറബ്-പേർഷ്യൻ ചരിത്രകാരന്മാർ രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഭൂമിയിലും ബഹിരാകാശത്തുമുള്ള സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് സൗര നിരീക്ഷണങ്ങൾ ആധുനിക ഇന്ത്യയിൽ ഇപ്പോഴും തുടർന്നു വരുന്നു.

അധിക വായനയ്ക്ക്

Wollaston.W.H (1802) Method of Examining Refractive and Dispersive Powers by Prismatic Reflection, Philiosophical Transactions of the Royal Society of London, 92, 365-380.
Vipidas.V, Girish.T.E and Radhakrishnan Nair.C (2020) Hawking- Unruh effect associated wih Primordial Black Holes and Maximum Acceleration of Elementary Particles, New Asronomy, 81, 101442.
Ambily.S, Girish.T.E, Haritha.V,G, Sunil Kumar Morais and Baburaj.M.S ( 2022) Amplitude modulation of sunspot cycles and its influence on monsoon rainfall variability and occurrences of major droughts in India. Theor Appl Climatol, 149, 1419-1430, https://doi.org/10.1007/s00704-022-04120-6 .