ചുഴലിക്കാറ്റുകൾ കറങ്ങുന്നതെന്തുകൊണ്ട്?

1836ൽ കോറിയോലിസ്(Gaspard Gustave Coriolis) എന്ന ഫ്രഞ്ച് ശാസ്‌ത്രജ്‌ഞൻ കറങ്ങുന്ന വസ്തുക്കളുടെ ചലനത്തെ സംബന്ധിക്കുന്ന സമവാക്യങ്ങൾ കണ്ടുപിടിച്ചു. എന്നാൽ ഭൂമിയിലെ കാറ്റുകളുടെ ദിശയുമായി ഇതിനെ ബന്ധപ്പെടുത്തുന്നത് മറ്റൊരു ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ്, വില്യം ഫെറൽ (WilliamFerrel). യഥാർത്ഥത്തിൽ കോറിയോലിസ് പ്രതിഭാസം ഫെറലിന്റെ കണ്ടെത്തലാണ്, അതിന് ആ പേര് എങ്ങനെയോ വന്നു എന്നുമാത്രം. രണ്ട് അർദ്ധഗോളങ്ങളിലും വായുവിന്റെ വലത്തേക്കും ഇടത്തേക്കുമുള്ള വ്യതിചലനം വളരെക്കാലം മുന്നേ തന്നെ നമുക്കറിയാമായിരുന്നു. എന്നാൽ ഇതെന്തുകൊണ്ടാണെന്ന ചോദ്യത്തിന് തൃപ്തികരമായ ഉത്തരം ഉണ്ടായിരുന്നില്ല.

നമ്മുടെ ഭൂമി പടിഞ്ഞാറു നിന്ന് കിഴക്കോട്ടേക്ക് കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണല്ലോ. ഭൂമി ഒരു പ്രാവശ്യം ഈ കറക്കം പൂർത്തിയാകുന്നത് 24 മണിക്കൂർ കൊണ്ടാണെന്ന് അറിയാമല്ലോ. എന്നാൽ ഈ കറക്കം എല്ലായിടത്തും ഒരു പോലെയല്ല. ഭൂമധ്യരേഖയിൽ കറക്കത്തിന്റെ വേഗത കൂടുതലായിരിക്കും, ഏകദേശം 1500 km/hr. ധ്രുവങ്ങളിലേക്ക് പോകും തോറും വേഗത കുറഞ്ഞു കുറഞ്ഞു ധ്രുവങ്ങളിലെത്തുമ്പോൾ കറക്കം തീർത്തും ഇല്ലാതെയാകുന്നു. ഇത്രയും സങ്കല്പിക്കാൻ എളുപ്പമാണല്ലോ. ഇനി ഉത്തരാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ ഒരു ചെറിയ പാഴ്‌സൽ വായു ഭൂമധ്യ രേഖയിൽ നിന്ന് വടക്കോട്ട് സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന് കരുതുക. അതായത് നല്ല വേഗതയിൽ കിഴക്കോട്ട് കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഭാഗത്ത് നിന്ന് കറക്കത്തിന്റെ വേഗത കുറഞ്ഞ ഭാഗത്തേക്കാണ് ഈ വായുവിന്റെ സഞ്ചാരം. കറക്കം കുറഞ്ഞ ഭാഗത്ത് എത്തുമ്പോഴും ഈ വായുവിന് അതിന്റെ ചുറ്റുമുള്ള ഭാഗത്തേക്കാൾ കറക്കം ഉണ്ടാവും. അതായത് ഈ വായു കിഴക്കോട്ട്, അതായത് സഞ്ചാരപാതയുടെ വലത്തേക്ക് വ്യതിചലിക്കുന്നു. ഇനി തിരിച്ചൊന്ന് സങ്കല്പിച്ചു നോക്കൂ. കുറച്ച് വായു വടക്കു നിന്ന് ഭൂമധ്യരേഖയിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന് കരുതുക. വേഗത കുറഞ്ഞ ഭാഗത്ത് നിന്ന് ഫാസ്റ്റ്ട്രാക്കിൽ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഭാഗത്തേക്ക് ആണ് ഈ വായുവിന്റെ വരവ്. വേഗത കുറഞ്ഞ കറക്കവുമായി വരുന്ന ഈ വായുവിന് താഴെ ഭൂമി അതിവേഗത്തിൽ കിഴക്കോട്ട് കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. അതിനാൽ തന്നെ ഈ വായു പടിഞ്ഞാറേക്ക് തിരിയുന്നതായി തോന്നും. അതായത് വീണ്ടും സഞ്ചാരപാതയുടെ വലത്തേക്ക് വ്യതിചലിക്കുന്നു. ദക്ഷിണാർദ്ധഗോളത്തിലാണെങ്കിൽ ഇതിന്റെ വിപരീത ദിശയിലായിരിക്കും വ്യതിചലനം.

വായുവിന്റെ ചലനത്തിനുള്ള ഈ വിശദീകരണം ബ്രിട്ടീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോർജ് ഹാഡ്ലിയുടെ (George Hadley) സംഭാവനയാണ്. എന്നാൽ ഈ വിശദീകരണം പൂർണമല്ല. കാരണം തെക്ക്-വടക്ക് ദിശയിലുള്ള സാഞ്ചാരത്തിൽ മാത്രമല്ല കിഴക്ക്-പടിഞ്ഞാറ് ദിശയിലുള്ള വായുവിന്റെ സഞ്ചാരത്തിലും ഈ വ്യതിചലനം കാണപ്പെടാറുണ്ട്. അതിന് ഈ വിശദീകരണം മതിയാവില്ല. അതെന്തുകൊണ്ടാണ് എന്ന ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം തേടിയുള്ള അന്വേഷണത്തിലാണ് ഫെറൽ കോറിയോലിസ് പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തുന്നത്.

നേരത്തേ പറഞ്ഞത് പോലെയുള്ള ഒരു ചെറിയ പാഴ്‌സൽ വായുവിനെ സങ്കല്പിക്കുക. ഈ വായു കിഴക്കോട്ടേക്കാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. ഭൂമിയുടെ കറക്കത്തിന്റെ അതേ ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നതിനാൽ ഈ വായുവിന്റെ കറക്കത്തിന്റെ വേഗത കൂടുതലായിരിക്കും. വേഗത കൂടുംതോറും കറങ്ങുന്ന ഒരു വസ്തു പുറത്തേക്ക് തെറിക്കാനുള്ള പ്രവണത കാണിക്കും. ഇത് നമ്മൾ നിത്യജീവിതത്തിൽ പലപ്പോഴും കാണുന്നതാണ്. എന്നാൽ ഗ്രാവിറ്റി കാരണം ഈ വായുവിന് പുറത്തേക്ക് തെറിക്കാനാവുകയില്ല. പിന്നീട് അതിന് സാധ്യമായ ഒരേയൊരു കാര്യം കറക്കത്തിന്റെ അച്ചുതണ്ടിന് (central axis of spin) വലിപ്പം കൂടിയ ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുക എന്നതാണ്. ഭൂമധ്യരേഖ കൂടുതൽ പരന്ന പ്രദേശമായതിനാൽ അങ്ങോട്ടായിരിക്കും ഈ വായു വ്യതിചലിക്കുന്നത്, അതായത് വീണ്ടും സഞ്ചാരപാതയുടെ വലത്തേക്ക്. പടിഞ്ഞാറേക്കാണ് വായു സഞ്ചരിക്കുന്നതെങ്കിൽ ഇതിന്റെ വിപരീതമായിരിക്കും സംഭവിക്കുക. അപ്പോൾ വായു കറക്കത്തിന്റെ അച്ചുതണ്ടിന് വലിപ്പം കുറഞ്ഞ ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങും അതായത് ഭൂമധ്യരേഖയിൽ നിന്ന് അകന്ന് പോകും. അപ്പോഴും സഞ്ചാരപാതയുടെ വലത്തേക്ക് തന്നെയാണ് വ്യതിചലനം.

ഇത് സങ്കല്പിക്കാൻ കുറച്ചു ബുദ്ധിമുട്ടാണല്ലേ. മനസിലാകാത്തവർ താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന വീഡിയോ കാണുക. ഈ വീഡിയോയിൽ ഒരു സിമ്പിൾ rotating frame ൽ എങ്ങനെയാണ് ഈ പ്രതിഭാസം സംഭവിക്കുന്നതെന്ന് ലളിതമായി കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഏറ്റവും ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ ഉത്തരാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ കാറ്റ് അതിന്റെ ചലനപാതയുടെ വലത്തേക്കും ദക്ഷിണാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ ഇടത്തേക്കും വ്യതിചലിക്കുന്നു. അതായത് ഉത്തരാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ വടക്കോട്ട് വീശുന്ന കാറ്റിന് കിഴക്കോട്ട് ഒരു തിരിവുണ്ടാകും, തെക്കോട്ടാണെങ്കിൽ പടിഞ്ഞാറേക്കും. ഒരു തരത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ Coriolis ബലം ഒരു യഥാർത്ഥ ബലമല്ല മറിച്ച് അതൊരു optical illusion ആണ്. നമ്മളും ഈ ഭൂമിയുടെ കൂടെ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ അത് പുറത്തു നിന്ന് കാണാനാവില്ല എന്ന് മാത്രം.

ഇനി എങ്ങനെയാണ് ഇത് ചുഴലിക്കാറ്റുകളെ ബാധിക്കുന്നതെന്ന് നോക്കാം. ചുഴലിക്കാറ്റുകൾ ഒരു തീവ്ര ന്യൂനമർദ്ദത്തിന് ചുറ്റുമായാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്. മർദം കുറഞ്ഞ സ്ഥലത്തേക്ക് മർദം കൂടിയ സ്ഥലത്ത് നിന്ന് കാറ്റ് വീശുമല്ലോ. അങ്ങനെ ഈ ന്യൂനമർദത്തിലേക്ക് ചുറ്റുപാടും നിന്ന് ശക്തമായ വായു പ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നു. എന്നാൽ Coriolis പ്രതിഭാസം കാരണം ഈ വായു ന്യൂനമർദത്തിന്റെ മധ്യത്തിലേക്ക് എത്താനാവാതെ അതിന്റെ സഞ്ചാരപാതയിൽ നിന്ന് നിരന്തരം വ്യതിചലിച്ചു കൊണ്ടേയിരിക്കുന്നു. ഇതിന്റെ ഫലമായി ഒരു ന്യൂനമർദത്തിന് ചുറ്റും കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ചുഴലിക്കാറ്റുണ്ടാകുന്നു. വീഡിയോ കാണുക.

ഇതേ കാരണത്താൽ തന്നെയാണ് ചുഴലിക്കാറ്റിന്റെ മധ്യത്തിൽ കാറ്റില്ലാതിരിക്കുന്നത്. ഈ ഭാഗത്തിനെ ചുഴലിക്കാറ്റിന്റെ കണ്ണ് (eye of cyclone) എന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. ചുഴലിക്കാറ്റുകൾ ഉത്തരാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ anti clockwise ആയിട്ടും ദക്ഷിണാർദ്ധ ഗോളത്തിൽ clockwise ആയിട്ടുമാണ് കറങ്ങുന്നത്.