વાયુશાસ્ત્ર (Aeronomy)

વાયુશાસ્ત્ર (Aeronomy) : ઉપલા વાતાવરણને લગતું વિજ્ઞાન. આમ તો પૃથ્વીના સમગ્ર વાયુ-આવરણમાં સર્જાતી ભૌતિક તથા રાસાયણિક ઘટનાઓનો વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસ વાયુશાસ્ત્રના વ્યાપમાં આવે; પરંતુ સામાન્ય રીતે આ શબ્દ પૃથ્વીની સપાટીથી 100 કિમી. અને તેથી વધુ ઊંચાઈ પર આવેલ વાયુ-આવરણોમાં સર્જાતી ઘટનાઓના અભ્યાસ સંદર્ભે પ્રયોજાય છે. સ્વાભાવિક રીતે જ પ્રશ્ન થાય કે, વાતાવરણશાસ્ત્ર (atmospheric science) અને વાયુશાસ્ત્ર (aeronomy) વચ્ચે શો તફાવત છે ? વાતાવરણશાસ્ત્ર સામાન્ય રીતે પૃથ્વીના વાતાવરણની સપાટીથી 100 કિમી. ઊંચાઈ સુધીના વિસ્તારમાં સર્જાતી ઘટનાઓના સંદર્ભમાં વપરાય છે. એક અન્ય મહત્ત્વની પ્રક્રિયાસંદર્ભે પણ આ બે વિસ્તાર અલગ તરી આવે છે. આશરે 100 કિમી. ઊંચાઈ સુધી વાતાવરણમાં ઊંચાઈ સાથે દબાણમાં થતો ફેરફાર વાતાવરણના ઘટકોના સરેરાશ અણુભાર પર આધાર રાખે છે, જેને મિશ્ર વાતાવરણ (mixed atmosphere) કહેવાય છે. 100 કિમી.થી ઉપરના વિસ્તારમાં વાતાવરણના અલગ-અલગ ઘટકોના પ્રમાણમાં તેમના વ્યક્તિગત અણુભાર અનુસાર ઘટાડો નોંધાય છે જેને વિસરણશીલ સંતુલન (diffusive equilibrium) કહેવાય. આની પાછળનું કારણ 100 કિમી. નીચેના વાતાવરણમાં વિક્ષોભો (turbulence)નો વધુ પ્રભાવ હોય છે, જે તેની ઉપરના વિસ્તારમાં પ્રભાવી નથી રહેતો. આ ઘટના પણ વાતાવરણના બે વિસ્તારોને અલગ તારવવામાં મહત્ત્વની છે.

પૃથ્વીના વાતાવરણના છેક સપાટી નજીકના વિષમતાપમંડળ (troposphere)ના સ્તરમાં સર્જાતી હવામાનની ઘટનાઓમાં તેની ઉપર આવેલ સમતાપમંડળ(stratosphere)ની ઘટનાઓ પણ અસરકર્તા છે. કંઈક અંશે ~50 કિમી.ની ઊંચાઈ સુધીનું સમતાપમંડળ અને તેની ઉપર આવેલ મધ્યાવરણ (mesosphere) પણ અન્યોન્ય સાથે સંકળાયેલ (coupled) છે. આમ આ વિસ્તારની ઘટનાઓનો અભ્યાસ વાતાવરણશાસ્ત્રના વ્યાપમાં ગણાય અને તેની ઉપરના વિસ્તારનો અભ્યાસ વાયુશાસ્ત્રમાં ગણાય.

વાયુશાસ્ત્રના અભ્યાસમાં પૃથ્વીના અયનમંડળ(ionosphere)નો અભ્યાસ, વાતાવરણના ઉપરના સ્તરોમાંથી ઉત્સર્જાતો વાયુપ્રકાશ (airglow), ધ્રુવીય જ્યોતિ (polar aurora) તેમજ સપાટીથી હજારો કિમી. જેવી ઊંચાઈ પર, પૃથ્વીની ચુંબકીય અસર નીચે ઘૂમતા વીજાણુના વિસ્તાર (magnetosphere) જેવા અભ્યાસો આવરી લેવાય છે. વળી આ વિસ્તારની ઘટનાઓ પર સૂર્યનાં વિકિરણોમાં રહેલાં ‘X’ કિરણો તથા પારજાંબલી અને સૌરપવનોના ફેરફારો પણ ઘણી મોટી અસરો સર્જે છે. અને આ પરત્વેનો અભ્યાસ પણ વાયુશાસ્ત્રનું એક મહત્ત્વનું પાસું છે. સૂર્યનાં વિકિરણોમાં દૃશ્યવિસ્તારમાં તેમજ પારરક્ત વિસ્તારમાં રહેલ ઊર્જાનું પ્રમાણ, ઍક્સ-કિરણો તેમજ પારજાંબલી વિસ્તારમાં રહેલ ઊર્જા કરતાં ઘણું વધારે હોય છે; પરંતુ સૂર્યની ચુંબકીય ક્રિયાશીલતાના ફેરફાર (solar magnetic activity) સાથે દૃશ્ય પ્રકાશ તેમજ પારરક્ત કિરણોમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર થતો જણાતો નથી. જ્યારે ઍક્સ-કિરણો અને પારજાંબલી કિરણોમાં ઘણા મોટા પ્રમાણમાં ફેરફાર થાય છે. વર્ણપટના આ વિસ્તારની ઊર્જાનું, વાતાવરણમાં 100 કિમી.થી વધુ ઊંચાઈના સ્તરોમાં સંપૂર્ણ શોષણ થતું હોવાથી વાયુશાસ્ત્રની પરિસીમામાં આવતી ઘટનાઓ પર સૂર્યની ચુંબકીય ક્રિયાશીલતા મોટા પ્રમાણમાં નિયંત્રણ ધરાવે છે. આ જ કારણથી પૃથ્વીના અયનમંડળનું સ્વરૂપ 11 વર્ષની અવધિના ચક્રીય ફેરફારો દર્શાવે છે. અને આમ વાયુશાસ્ત્રના અભ્યાસમાં સૂર્યકલંકોની અસરો મહત્ત્વની બની રહે છે. સૂર્યકલંકોની સંખ્યાના ફેરફાર સાથે ધ્રુવીય જ્યોતિ ઘનિષ્ઠ રીતે સંકળાયેલ છે. કારણ કે વધુ પ્રમાણમાં સૂર્યકલંકો સર્જાવાના સમયે સૂર્યમાંથી શક્તિશાળી વીજાણુઓનું ઉત્સર્જન થાય છે. જે ધ્રુવીય જ્યોતિની ઘટના સર્જે છે. વળી આ વીજાણુપ્રવાહ પૃથ્વી ઉપર પ્રબળ ચુંબકીય વિક્ષોભો પણ સર્જે છે. આ સમગ્ર ઘટનાઓના પરસ્પર સંબંધ વાયુશાસ્ત્રનો મહત્ત્વનો અભ્યાસ છે.

એક અન્ય અગત્યની ઘટનાનું ઉદાહરણ પણ ધ્યાનપાત્ર છે. સૂર્યની ચુંબકીય ક્રિયાશીલતા (અને સૂર્યકલંકોની સંખ્યા)માં જ્યારે વધારો થાય છે ત્યારે તેનાં વિકિરણોમાં ઍક્સ-કિરણો અને પારજાંબલી કિરણોમાં રહેલ ઊર્જાના પ્રમાણમાં મોટા પ્રમાણમાં વધારો થાય છે. દૃશ્ય પ્રકાશ અને પારરક્ત કિરણોમાં થતો ફેરફાર તો નગણ્ય હોવાથી વાતાવરણના નીચેના સ્તરોના તાપમાન પર તો કોઈ જ અસર નથી વરતાતી, પરંતુ ઉષ્માવરણ (thermosphere) તરીકે ઓળખાતા ~200 કિમી.ની ઊંચાઈના સ્તરનું તાપમાન, તેના 1000 ડિગ્રી કૅલ્વિનના સામાન્ય મૂલ્યથી વધીને 1500 ડિગ્રી કૅલ્વિન જેવું થઈ જાય છે. આ કારણે પૃથ્વીના વાતાવરણનું વિસ્તરણ થવાથી 500 કિમી. જેવી ઊંચાઈ પર પ્રવર્તતી ઘનતાના પ્રમાણમાં પણ વધારો થાય છે. અને આ કારણે આ વિસ્તારમાં ઘૂમતા કૃત્રિમ ઉપગ્રહો વધુ પ્રમાણમાં વાતાવરણ સાથેનું ઘર્ષણ અનુભવે છે. આ કારણે સૂર્યકલંકોના મહત્તમ સમયે આવા ઉપગ્રહોની આયુમર્યાદા પણ ઘટી જાય છે !

અવકાશયુગના આગમન પહેલાંનો વાયુશાસ્ત્રનો અભ્યાસ ફક્ત રાત્રિપ્રકાશ (night airglow) તથા રેડિયો-તરંગોના પરાવર્તન પર આધારિત ionosonde દ્વારા થતા અયનમંડળના અભ્યાસ જેવી પરોક્ષ રીતો પર જ અવલંબન રાખતો હતો; પરંતુ અવકાશયુગના આગમન પછી શરૂઆતમાં રૉકેટ દ્વારા પ્રક્ષેપિત ઉપકરણો અને ત્યારબાદ કૃત્રિમ ઉપગ્રહોમાં રખાયેલ ઉપકરણો દ્વારા અભ્યાસ શક્ય બનતાં આ વિજ્ઞાને હરણફાળ ભરી. અન્ય ગ્રહોના વાતાવરણોમાં સર્જાતી ઘટનાઓને સમજવા માટે પણ વાયુશાસ્ત્રનો ઘનિષ્ઠ અભ્યાસ મહત્ત્વનો છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ