पृथ्वी और ग्रहीय वायुमंडल में चुंबकमंडल-आयनमंडल प्लाज़्मा गतिशीलता (एमआई-पीईएआरएल)
मुख्य संयोजक - प्रो. सत्यवीर सिंह एवं सदस्यगण
पदार्थ की चौथी अवस्था प्लाज़्मा हमारे सौरमंडल में सर्वव्यापी है और इसे ग्रहों के वायुमंडल जैसे कि उनके आयनमंडल और चुंबकीय क्षेत्र में प्रेक्षित किया गया है। सूर्य से निकलने वाली ऊर्जा से संबंधित कोई भी परिवर्तनशीलता, फोटॉन फ्लक्स (यूवी, ईयूवी और एक्स-रे बैंड में), सौर-पवन, किरीटीय पिंड उत्क्षेपण और सौर ऊर्जित कणों के रूप में, पृथ्वी के आयनमंडल-चुंबकमंडल युग्मित प्लाज़्मा प्रणाली में कण गतिशीलता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक के रूप में जानी जाती है। विभिन्न अंतरिक्ष यान मिशनों से कणों और क्षेत्रों के प्राकृतिक मापनों ने सूर्य और पृथ्वी के प्लाज़्मा वायुमंडल में आवेशित कण परिवहन, कण त्वरण, कण ह्रास और चुंबकीय पुन: संयोजन जैसी मूलभूत प्रक्रियाओं की हमारी समझ को बहुत उन्नत किया है।
सौरमंडल के अन्य ग्रहों के मामले में, सौर-चालित विक्षोभ भी अपनी संबंधित आयनमंडल-चुंबकमंडल प्रणाली में प्लाज़्मा गतिशीलता को नियंत्रित करने में समान भूमिका निभाते हैं। हालाँकि, यह गतिशील नियंत्रण ग्रह-विशिष्ट है और, कुछ स्थितियों में, यह ग्रह के पर्यावरण के आंतरिक प्लाज़्मा स्रोतों की परिवर्तनशीलता से भी प्रभावित होता है। उदाहरण के लिए, जोवियन चंद्रमा में से एक आयो से उत्पन्न प्लाज़्मा की परिवर्तनशीलता, जोवियन चुंबकमंडल में आवेशित कण पर्यावरण को गतिशील रूप से प्रभावित करती है। इसके अलावा, किसी भी ग्रह के चारों ओर सुरक्षा कवच, चुंबकमंडल का विन्यास सभी ग्रहों के लिए समान नहीं है। उदाहरण के लिए, मंगल ग्रह में अपने आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति के कारण एक क्षीण प्रेरित चुंबकमंडल है। दूसरी ओर, बृहस्पति में एक विशाल चुंबकमंडल है जो शनि तक फैला हुआ है। पृथ्वी के मामले में, इसमें आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र है लेकिन पिछले कई दशकों में इसकी क्षेत्र-शक्ति धीरे-धीरे कम हो रही है। इस प्रकार, ग्रहीय प्लाज़्मा वायुमंडल एक क्षीण और साथ ही सुदृढ़ चुंबकीय क्षेत्र में कण गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए अद्वितीय प्रणाली की रचना करते हैं।
सूर्य-पृथ्वी प्रणाली और इसमें शामिल भौतिकी को अक्सर सौर-पवन संपर्क मुद्दों के संबंध में ग्रह विज्ञान के क्षेत्र में उद्धृत किया गया है। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ सौर-पवन युग्मन के बारे में हमारा ज्ञान किसी भी अन्य ग्रह की तुलना में कहीं अधिक है, क्योंकि अंतरिक्ष यान द्वारा किए गए प्रेक्षणों की प्रचुरता और उनकी व्याख्या में किए गए प्रयासों के कारण ऐसा हुआ है। जबकि पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में तरंग-कण संपर्क प्रक्रियाओं को समझने में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, फिर भी कई शोध जिज्ञासाएं हैं जिनके समाधान के लिए वैज्ञानिक सक्रिय रूप से काम कर रहे हैं। इनमें से कुछ जिज्ञासाओं में निम्नलिखित शामिल हैं, लेकिन ये इन्हीं तक सीमित नहीं हैं: यथास्थान प्रेक्षण: जबकि एमएमएस, टीएचईएमआईएस और क्लस्टर जैसे बहु-उपग्रह मिशनों ने मूल्यवान डेटा प्रदान किया है, फिर भी पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में ऐसे क्षेत्र हैं जो तरंग गतिशील प्रक्रियाओं की भूमिका के लिए अपेक्षाकृत अनदेखे हैं। इन क्षेत्रों से अंतरिक्षयान द्वारा यथास्थान बहु-अंतरिक्षयान और बहु-स्थलीय प्रेक्षण प्राप्त करना, जो विशेष रूप से तरंग स्रोतों के पास, इन तरंगों की भूमिका की व्यापक समझ हासिल करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।
तरंग उत्पादन तंत्र: चुंबकमंडल में तरंगों के स्रोतों को समझना और यह जानना कि वे कैसे उत्पन्न होती हैं, शोध का विषय बना हुआ है। विशिष्ट तरंग मोड (जैसे ईएमआईसी तरंगें, एकल तरंगें, निचली और ऊपरी हाइब्रिड तरंगें, अल्फवेन तरंगें, मैग्नेटोसोनिक तरंगें, आदि) उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार तंत्रों की पहचान करना समग्र तरंग-कण संपर्क प्रक्रियाओं को समझने के लिए आवश्यक है, जिसमें कण त्वरण या वायुमंडल में उनके ह्रास में बहु-चरणीय प्रक्रियाएं शामिल हो सकती हैं।
अनसुलझे सूक्ष्म आयाम की प्रक्रियाएँ: ग्रहीय वायुमंडल में कण और तरंग गतिशील प्रक्रियाएँ सूक्ष्म आयाम के स्तरों पर होती हैं, जहाँ स्थानिक और लौकिक आयाम बहुत छोटे होते हैं। वर्तमान प्रेक्षण और प्रतिरूपण तकनीकें इन प्रक्रियाओं को पूरी तरह से नहीं पकड़ सकती हैं। नए अनुकरण उपकरण विकसित करने से ग्रहीय चुंबकीय क्षेत्र में सूक्ष्म आयाम की गतिशीलता को समझने में मदद मिलेगी।
कण मात्रा का जमाव गतिशीलता: ग्रहीय चुंबकमंडल में ऊर्जा की विस्तृत श्रृंखला के साथ विभिन्न आवेशित कण होते हैं। यह समझना कि विभिन्न कण मात्रा विभिन्न प्रकार की तरंगों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है और ये परस्पर क्रियाएँ कण अवक्षेपण या आयन बहिर्वाह में कैसे योगदान करती हैं, एक सतत चुनौती है। इसके अलावा, ग्रहीय चुंबकमंडल में आवेशित कणों की गति को समझना विभिन्न स्थानिक और समय आयामों के कारण अतिरिक्त जटिलताओं को शामिल करता है। अभी भी अनुत्तरित प्रश्न हैं: उदाहरण के लिए, पृथ्वी के चुंबकमंडल में विभिन्न सौर स्थितियों से आवेशित कणों की गति कैसे प्रभावित होती है? जोवियन चुंबकमंडल में कण गति को कैसे समझाया जाए जो अपने बड़े आकार और अपने चंद्रमाओं के साथ प्लाज़्मा की परस्पर क्रिया के कारण जटिल हो जाती है।
1. एमआई-पीईएआरएल कार्यक्रम के अंतर्गत वैज्ञानिकों ने निम्नलिखित उद्देश्यों पर अध्ययन करने का प्रस्ताव रखा: तरंग-कण अंतःक्रियाओं के माध्यम से पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र से ऊर्जित कणों के ह्रास और यथावत, भू-आधारित और निम्न-पृथ्वी कक्षा उपग्रहों के उपयोग से उच्च अक्षांश आयनमंडल में इसके अवक्षेपण की जांच करना।
2. पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में बहु-स्थलीय प्रेक्षणों के माध्यम से तरंग-कण अंतःक्रियाओं और परिवहन, तापन और ऊर्जाकरण जैसी संबंधित प्रक्रियाओं को समझना।
3. सौर-पवन, पृथ्वी और अन्य ग्रहीय चुम्बकीय मंडलों (मंगल, शुक्र और बृहस्पति) में प्लाज़्मा तरंगों और संबंधित सूक्ष्म और वृहद आयामों पर होने वाली सोपानी प्रक्रियाओं का अध्ययन।
4. प्रेक्षण और प्रतिरूपण के माध्यम से क्षीण मंगल ग्रह और सुदृढ़ बृहस्पति चुंबकमंडल में आयनमंडल-चुंबकमंडल प्लाज़्मा प्रणालियों को समझना।
मुख्य संयोजक: सत्यवीर सिंह
संयोजक: अमर काकड
सदस्य: सत्यवीर सिंह, अमर काकड, भारती काकड, रेम्या भानु, एस. देवानंधन, चिन्मय नायक, बी. जयश्री, टी. श्रीराज और छात्र
