अध्ययनसार™ • स्थायी सामान्य अध्ययन • अध्याय 4

सूर्य की संरचना, अंतरिक्ष मौसम और लैग्रेंज बिंदु

सूर्य की संरचना, अंतरिक्ष मौसम और लैग्रेंज बिंदु: अवधारणाएँ, तुलनात्मक तालिकाएँ, संवैधानिक/वैज्ञानिक तथ्य और 2 चार-विकल्पीय प्रश्न उत्तर-व्याख्या सहित।

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GS-I/III • सूर्य और अंतरिक्ष विज्ञान4 नवंबर 20262 वस्तुनिष्ठ प्रश्न (1 वास्तविक PYQ)

महत्त्वपूर्ण तथ्य एवं संक्षिप्त नोट्स खोलें

सूर्य की परतें (केंद्र से बाहर): क्रोड (Core) → विकिरण मंडल → संवहन मंडल → प्रकाशमंडल (Photosphere, ~6,000 K) → वर्णमंडल (Chromosphere) → संक्रमण क्षेत्र → कोरोना (Corona, 1–2 मिलियन K)।
सौर कलंक (Sunspots): प्रकाशमंडल पर ठंडे व तीव्र चुंबकीय क्षेत्र वाले धब्बे; 11-वर्षीय सौर चक्र।
सौर ज्वाला बनाम CME: सौर ज्वाला = विद्युत-चुंबकीय विकिरण (8 मिनट में पृथ्वी पर); CME = आवेशित प्लाज्मा व चुंबकीय बादल (15 घंटे से कुछ दिनों में पृथ्वी पर)।
ऑरोरा (ध्रुवीय ज्योति): उत्तरी गोलार्ध में ऑरोरा बोरियालिस (Aurora Borealis) और दक्षिणी गोलार्ध में ऑरोरा ऑस्ट्रेलिस (Aurora Australis)।
लैग्रेंज बिंदु (5 बिंदु): L1, L2, L3 = अस्थिर संतुलन; L4 और L5 = स्थिर संतुलन (पृथ्वी से 60° आगे व पीछे — ट्रोजन क्षुद्रग्रहों का निवास)।
L1 बनाम L2 मिशन: L1 = आदित्य-एल1 और SOHO (सौर वेधशालाएँ); L2 = जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) और Gaia (डीप-स्पेस टेलीस्कोप)।
डॉप्लर शिफ्ट: पास आता स्रोत = ब्लू-शिफ्ट (छोटी तरंगदैर्ध्य); दूर जाता स्रोत = रेड-शिफ्ट (लंबी तरंगदैर्ध्य)।

1. पाठ्यक्रम संबद्धता एवं आधारभूत अवधारणाएँ

पाठ्यक्रम: GS Paper-I (भौतिक भूगोल की मुख्य विशेषताएँ — सौरमंडल एवं पृथ्वी का चुंबकत्व) तथा GS Paper-III (अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी एवं खगोल भौतिकी)।
सूर्य की आंतरिक एवं बाह्य परतें (केंद्र से बाहर की ओर क्रम):
- आंतरिक परतें (Internal Layers):
  1. केंद्र / क्रोड (Core): तापमान ~15 मिलियन केल्विन (1.5 करोड़ डिग्री सेल्सियस); यहाँ नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion — प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला) द्वारा हाइड्रोजन नाभिक जुड़कर हीलियम बनाते हैं और अपार ऊर्जा मुक्त होती है।
  2. विकिरण मंडल (Radiative Zone): ऊर्जा फोटॉनों (गामा और एक्स-रे) के रूप में अत्यंत धीमी गति से बाहर की ओर स्थानांतरित होती है।
  3. संवहन मंडल (Convective Zone): प्लाज्मा की संवहनीय धाराओं (Convection currents) द्वारा ऊर्जा सतह तक पहुँचती है।
- बाह्य परतें / सौर वायुमंडल (Solar Atmosphere — अंदर से बाहर का क्रम):
  1. प्रकाशमंडल (Photosphere): सूर्य की दृश्य सतह (मोटाई ~400–500 किमी); तापमान अपेक्षाकृत कम लगभग 5,700–6,000 केल्विन। इसी परत पर सौर कलंक (Sunspots) दिखाई देते हैं।
  2. वर्णमंडल (Chromosphere): प्रकाशमंडल के ठीक ऊपर की परत (तापमान ~4,000 K से बढ़कर ~25,000 K तक); सूर्य ग्रहण के समय लाल वलय के रूप में दिखती है।
  3. संक्रमण क्षेत्र (Transition Region): एक पतली परत जहाँ तापमान तेजी से उछलता है।
  4. किरीट / कोरोना (Corona): सूर्य का सबसे बाहरी वायुमंडल; इसका तापमान 1 से 2 मिलियन केल्विन (10 से 20 लाख केल्विन) तक होता है। प्रकाशमंडल (6,000 K) की तुलना में कोरोना का लाखों डिग्री अधिक गर्म होना खगोल भौतिकी की प्रसिद्ध 'कोरोनल हीटिंग समस्या' (Coronal Heating Problem) है (जिसका अध्ययन आदित्य-एल1 का VELC पेलोड कर रहा है, जिसमें चुंबकीय पुनर्संयोजन / Magnetic Reconnection और अल्फवेन तरंगों / Alfvén waves की भूमिका मानी जाती है)।

2. सौर गतिविधियाँ: सौर कलंक, सौर ज्वाला और कोरोनल मास इजेक्शन (CME)

सौर परिघटना	वैज्ञानिक प्रकृति एवं तंत्र	पृथ्वी एवं अंतरिक्ष मौसम पर प्रभाव
1. सौर कलंक (Sunspots)	प्रकाशमंडल (Photosphere) पर अपेक्षाकृत ठंडे (~3,800 K) और गहरे धब्बे जहाँ तीव्र चुंबकीय क्षेत्र संवहन को रोक देता है।	11-वर्षीय सौर चक्र (Solar Cycle): हर 11 वर्ष में सौर कलंकों की संख्या न्यूनतम (Solar Minimum) से अधिकतम (Solar Maximum) होती है और सूर्य के चुंबकीय ध्रुव पलट जाते हैं (22-वर्षीय हेल चुंबकीय चक्र)।
2. सौर ज्वाला (Solar Flare)	सौर कलंकों के पास चुंबकीय ऊर्जा के अचानक मुक्त होने से निकलने वाली विद्युत-चुंबकीय विकिरण (एक्स-रे, पराबैंगनी, गामा किरणों) की तीव्र चमक।	यह प्रकाश की गति से चलकर मात्र 8 मिनट में पृथ्वी के आयनमंडल (Ionosphere) तक पहुँच जाती है और तत्काल उच्च-आवृत्ति (HF) रेडियो ब्लैकआउट उत्पन्न करती है।
3. कोरोनल मास इजेक्शन (CME)	कोरोना से अरबों टन आवेशित प्लाज्मा कणों (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन) तथा उससे जुड़े चुंबकीय क्षेत्र का अंतरिक्ष में विशाल विस्फोट।	यह कणों का बादल 250 से 3,000 किमी/सेकंड की गति से चलकर 15 घंटे से 3–4 दिनों में पृथ्वी तक पहुँचता है और पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर से टकराकर भू-चुंबकीय तूफान (Geomagnetic Storm) तथा ऑरोरा (Aurora Borealis / Australis) उत्पन्न करता है।

3. लैग्रेंज बिंदु (Lagrange Points — L1 से L5) और हैलो कक्षा

सिद्धांत: 18वीं शताब्दी के गणितज्ञ जोसेफ-लुई लैग्रेंज द्वारा खोजे गए अंतरिक्ष के वे 5 बिंदु जहाँ दो बड़े परिक्रमा करते पिंडों (जैसे सूर्य और पृथ्वी) का संयुक्त गुरुत्वाकर्षण बल किसी छोटे पिंड (उपग्रह) को उनके साथ परिक्रमा करने के लिए आवश्यक अभिकेंद्रीय बल (Centripetal force) के ठीक बराबर होता है। परिणामस्वरूप, कम ईंधन खर्च करके अंतरिक्ष यान वहाँ लंबे समय तक स्थिर रह सकता है।

लैग्रेंज बिंदु	सूर्य-पृथ्वी प्रणाली में ज्यामितीय स्थिति	स्थिरता की प्रकृति	प्रमुख अंतरिक्ष मिशन एवं उपयोग
L1	पृथ्वी और सूर्य को जोड़ने वाली सीधी रेखा पर दोनों के बीच (पृथ्वी से 1.5 मिलियन किमी दूर)	अस्थिर संतुलन (नियमित कक्षा सुधार आवश्यक)	आदित्य-एल1 (ISRO), SOHO (ESA/NASA), DSCOVR — सूर्य का बिना ग्रहण के 24×7 निरंतर अवलोकन।
L2	पृथ्वी के ठीक पीछे (सूर्य से विपरीत दिशा में पृथ्वी से 1.5 मिलियन किमी दूर)	अस्थिर संतुलन	जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST), Gaia, Planck, WMAP — गहरे ब्रह्मांड का इन्फ्रारेड/माइक्रोवेव अवलोकन (सूर्य, पृथ्वी और चंद्रमा तीनों एक ही तरफ रहते हैं जिससे हीट-शील्ड उन्हें रोक लेती है)।
L3	सूर्य के ठीक पीछे (पृथ्वी की कक्षा के विपरीत छोर पर)	अस्थिर संतुलन	पृथ्वी से हमेशा सूर्य के पीछे छिपा रहता है; वर्तमान में कोई सक्रिय मिशन नहीं।
L4 एवं L5	पृथ्वी की कक्षा में पृथ्वी से 60° आगे (L4) और 60° पीछे (L5) (सूर्य और पृथ्वी के साथ समबाहु त्रिभुज बनाते हैं)	स्थिर संतुलन (Stable points)	प्राकृतिक रूप से क्षुद्रग्रह और अंतरिक्ष धूल यहाँ एकत्र होते हैं जिन्हें 'ट्रोजन क्षुद्रग्रह' (Trojan Asteroids) कहा जाता है।

डॉप्लर प्रभाव (Doppler Effect in Light / Spectroscopy):
- जब प्रकाश या विकिरण का स्रोत (जैसे CME का गर्म प्लाज्मा या दूर की मंदाकिनी) प्रेक्षक की ओर (Towards the observer) गति करता है, तो तरंगें संपीड़ित होकर छोटी तरंगदैर्ध्य (उच्च आवृत्ति) की ओर विस्थापित होती हैं — इसे ब्लू-शिफ्ट (Blue-shift) कहते हैं।
- जब स्रोत प्रेक्षक से दूर (Away from the observer) गति करता है, तो तरंगदैर्ध्य लंबी (निम्न आवृत्ति) की ओर विस्थापित होती है — इसे रेड-शिफ्ट (Red-shift) कहते हैं। (एडविन हबल ने सुदूर मंदाकिनियों के स्पेक्ट्रम में रेड-शिफ्ट देखकर ही ब्रह्मांड के विस्तार / Expanding Universe की पुष्टि की थी)।

4. संबंधित UPSC के वास्तविक विगत वर्ष के प्रश्न (सत्यापित स्टैटिक PYQs)

वास्तविक UPSC प्रारंभिक परीक्षा • 2012

प्रारंभिक परीक्षा (UPSC CSE Prelims 2012, GS Paper-I): प्रश्न: निम्नलिखित में से कौन-सा/से पृथ्वी के 'ब्रह्मांड के निरंतर विस्तार' के साक्ष्य के रूप में उद्धृत किया जाता/किए जाते है/हैं?

अंतरिक्ष में सूक्ष्मतरंगों (Microwaves) की उपस्थिति का पता चलना।
अंतरिक्ष में 'रेडशिफ्ट' (Redshift) परिघटना का प्रेक्षण।
अंतरिक्ष में क्षुद्रग्रहों की गति।
अंतरिक्ष में सुपरनोवा विस्फोटों का घटित होना।

नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

उत्तर और व्याख्या

विकल्प A: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड विकिरण (CMBR — कथन 1) और सुदूर मंदाकिनियों के प्रकाश में डॉप्लर 'रेडशिफ्ट' (Redshift — कथन 2, जो दर्शाता है कि मंदाकिनियाँ हमसे दूर जा रही हैं) बिग बैंग और ब्रह्मांड के निरंतर विस्तार के दो सबसे प्रमुख प्रमाण हैं।

5. स्वयं निर्मित स्टैटिक अभ्यास प्रश्न

अभ्यास प्रश्न 1

प्रश्न 1. सौर ज्वाला (Solar Flare) और कोरोनल मास इजेक्शन (CME) के बीच अंतर के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:

सौर ज्वाला मुख्य रूप से उच्च-ऊर्जा विद्युत-चुंबकीय विकिरण (जैसे एक्स-रे और पराबैंगनी किरणों) का विस्फोट है जो प्रकाश की गति से गमन करता है, जबकि CME चुंबकीय क्षेत्र से युक्त विशाल आवेशित प्लाज्मा कणों का बादल है।
सौर कलंक (Sunspots) सूर्य के कोरोना में पाए जाने वाले ऐसे क्षेत्र हैं जिनका तापमान आसपास के क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक होता है।

उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

उत्तर और व्याख्या

विकल्प A: कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है क्योंकि सौर कलंक (Sunspots) कोरोना में नहीं बल्कि सूर्य की दृश्य सतह प्रकाशमंडल (Photosphere) पर पाए जाते हैं, और उनका तापमान (~3,800 K) आसपास के प्रकाशमंडल (~6,000 K) की तुलना में कम (ठंडा) होता है।