অরোরার অজানা কথা

ভিডিও গেম বা রূপালি পর্দায় ভিজুয়্যাল ইফেক্টের নিখুঁত কাজ দেখে একবারের জন্যও মুগ্ধ হন নি এমন মানুষ খুঁজে পাওয়া দুষ্কর। কিন্তু ভার্চুয়াল দুনিয়া এখনো প্রকৃতিকে টেক্কা দেয়ার সক্ষমতা অর্জন করে নি। তাই প্রাকৃতিক সৌন্দর্য এখনো নিঃসন্দেহে মানুষের মুগ্ধতার তালিকার শীর্ষ স্থানেই আসীন রয়েছে। প্রিয় পাঠক, যদি আপনার এর সত্যতা নিয়ে বিন্দুমাত্র সন্দেহ থাকে, তাহলে আপনার উচিত হবে সময় নিয়ে পৃথিবীর উত্তর এবং দক্ষিণ মেরুর দিকে একবার হলেও ঘুরে আসা। যদি আপনি সৌভাগ্যবান হন, তাহলে হয়তো সাক্ষী হয়ে যেতে পারেন প্রকৃতির এক অদ্ভুত খেয়ালের। যার নাম অরোরা বা মেরুজ্যোতি।

অরোরার প্রভাবে আকাশে দৃশ্যমান হয় আলোর খেলা। দিনের বেলাতে এরা হালকাভাবে দৃশ্যমান হলেও রাতের বেলাতে অপার্থিব সৌন্দর্যের সৃষ্টি হয়। এতে সবুজ, লাল, নীল, গোলাপি নানান বর্ণের সমাবেশ ঘটলেও সবচেয়ে বেশি দেখা যায় সবুজ আলো। দেখে যে কারো মনে হতে পারে যে, আকাশে বসে কেউ একজন অদৃশ্য চামচ দিয়ে সবুজাভ ঘন স্যুপ রান্না করছে। ভাষায় এর সৌন্দর্য প্রকাশ করা সম্ভব নয়। ভাইকিংরা একে ধরে নিত পৃথিবীর কোন প্রান্তে সংঘটিত হওয়া যুদ্ধের নিদর্শন হিসেবে। অন্যান্য সভ্যতার মানুষরাও মেরুজ্যোতিকে নিজেদের মত করে অতিপ্রাকৃত ঘটনা হিসেবে আখ্যায়িত করত। এভাবে দীর্ঘ দিন ধরে আড়ালেই ছিল এদের সৃষ্টি রহস্য। তবে আধুনিক বিজ্ঞান উত্তর খুঁজে পেয়েছে সেই রহস্যের।  

চলুন প্রিয় পাঠক, আজ আমরা জেনে আসি অরোরার সৃষ্টি রহস্য।

করোনাল মাস ইজেকশন (CME)      

মেরুজ্যোতির দেখা পাওয়ার পূর্বশর্ত হল উপযুক্ত আবহাওয়া। তবে সেটা শুধুমাত্র পৃথিবীতে হলে হবে না, হতে হবে মহাশুন্যেও। কি অবাক হলেন? ভাবছেন এটা আবার কি? ব্যাখ্যা করা যাক। মহাশূন্যের আবহাওয়ার অন্যতম নিয়ামক হল সূর্য। যদি সূর্যকে ভালোভাবে পর্যবেক্ষণ করা যায়, তাহলে এর পৃষ্ঠে কিছু কালো দাগের অস্তিত্ব খুঁজে পাওয়া যায়। এদেরকে বলা হয় সৌর কলঙ্ক। পর্যায়ক্রমিকভাবে এদের সংখ্যায় তারতম্য হয়। সৌর কলঙ্কের জায়গাগুলোতে খুব শক্তিশালী চৌম্বকক্ষেত্রের অস্তিত্ব থাকার দরুন এরা খুব সক্রিয় হয়। নির্দিষ্ট বিরতিতে এগুলো থেকে প্রচুর সংখ্যক বিভিন্ন ধরণের কণা ছিটকে বাইরে চলে আসে। কণাগুলোর মধ্যে উল্লেখযোগ্য হল প্রোটন, ইলেকট্রন, হিলিয়াম নিউক্লিয়াস (আলফা কণা) ইত্যাদি। এই ঘটনার নাম করোনাল মাস ইজেকশন। সৌর কলঙ্কের সংখ্যার উপর ভিত্তি করে মোট নিঃসারিত কণার সংখ্যার হ্রাস-বৃদ্ধি ঘটে। নিঃসরণের পর কণাগুলো মহাশূন্যে চারদিকে ছড়িয়ে পড়ে। অতঃপর একটি উল্লেখযোগ্য অংশ এসে পৌঁছায় পৃথিবীতে। সামগ্রিকভাবে কণাগুলোকে একসাথে ডাকা হয় সৌর বাতাস (Solar Wind) নামে। সূর্য থেকে প্রতিনিয়ত অসংখ্য কণা পৃথিবীতে আসে। এই সব নিয়মিত কণা এবং করোনাল মাস ইজেকশনের মাধ্যমে উৎপন্ন অস্বাভাবিক সংখ্যক কণা উভয়েই সৌর বাতাসের অংশ। সৌর বাতাস যদি অনেক বেশি শক্তিশালী হয়, তাহলে সেটি পরিণত হয় সৌর ঝড়ে (Solar Storm)। এরা উভয়েই অরোরার মূল চাবিকাঠি। পৃথিবীতে এদের মাধ্যমে বয়ে আসা চার্জিত কণাগুলোর মাধ্যমেই শুরু হয় অরোরা সৃষ্টির প্রক্রিয়া।  

পৃথিবীতে আবহাওয়া নিয়ে বিশেষজ্ঞরা ভবিষ্যদ্বাণী করলে মাঝে মাঝেই সেগুলোকে মিলতে দেখা যায় না। বিশেষ করে বাংলাদেশে। এইজন্য অবশ্য শুধু আবহাওয়াবিদদের দোষ দিয়ে লাভ নেই। উন্নত যন্ত্রপাতির সীমাবদ্ধতা থেকে শুরু করে জলবায়ু পরিবর্তন জনিত নানান কারণ রয়েছে এর পিছনে। তবে পৃথিবীর ক্ষেত্রে অনিশ্চয়তা থাকলেও মহাশুন্যের আবহাওয়া নিয়ে এমন কোন বিড়ম্বনা নেই। বিজ্ঞানীদের করা ভবিষ্যদ্বাণী ভুল হবার সম্ভাবনা শুন্যের কোঠায়। কারণ সৌর বাতাস পৃথিবীতে পৌঁছাতে বেশ খানিকটা সময় লাগে। এদের গতিবেগ প্রতি ঘন্টায় মাত্র নয় লক্ষ মাইল। এই বেগ নিয়ে পৃথিবীতে আসতে এদের সময় লাগে প্রায় ১৮ ঘণ্টা। তাই একরকম নিশ্চিত হয়েই ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারেন বিজ্ঞানীরা।

চৌম্বক ক্ষেত্রের ফাঁক-ফোকর

সৌর বাতাসে থাকা বিকিরণ পৃথিবীর জীবজগতের জন্য মারাত্মক ক্ষতিকর। যদি এরা কোন ধরণের বাঁধার সম্মুখীন না হয়ে সরাসরি পৃথিবীতে চলে আসে, তাহলে এদের প্রভাবে সমগ্র জীবজগত বিলুপ্ত পর্যন্ত হয়ে যেতে পারে। সৌভাগ্যক্রমে পৃথিবীর নিজস্ব প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা আমাদের প্রতিনিয়ত রক্ষা করে যাচ্ছে এমন পরিস্থিতি থেকে। এই প্রতিরক্ষা ব্যবস্থার মূল উপকরণ পৃথিবীকে ঘিরে থাকা শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র এবং এর বায়ুমণ্ডল। আমরা জানি যে, পৃথিবী নিজেই একটি বিশাল চুম্বক। এর প্রভাবে কোন দন্ড চুম্বককে দড়ি দিয়ে মুক্তভাবে ঝুলিয়ে দিলে সেটি উত্তর এবং দক্ষিণ মেরুর দিকে মুখ করে থাকে। পৃথিবীর এই চৌম্বক ক্ষেত্রের উৎস কি?  

পৃথিবীর কোরের ভেতরের অংশে বল আকৃতিতে প্রচুর পরিমাণ কঠিন লোহার অস্তিত্ব থাকে। এদের থেকে উৎপন্ন তাপ এবং পরিপার্শ্বের প্রচন্ড চাপের প্রভাবে কোরের বাইরের অংশে থাকা আয়রনগুলো পরিণত হয় তরল পদার্থে। এই গলিত আয়রনগুলো পৃথিবীর অভ্যন্তরে চলমান অবস্থায় থাকে। ফলশ্রুতিতে উৎপন্ন হয় শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র। এরাই প্রতিনিয়ত সূর্যের ক্ষতিকর কণা এবং বিকিরণ থেকে রক্ষা করে চলছে জীবজগতকে।

সৌর বাতাসে থাকা চার্জিত কণাগুলো চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাবে ছিটকে বাইরের দিকে চলে যায়। তবে মজার ব্যপার হল যে, ঢাল স্বরূপ এই চৌম্বক ক্ষেত্র কিন্তু একেবারে নিখুঁত নয়। দুইটি স্থানে এদের দুর্বলতা রয়েছে। যাদের অবস্থান উত্তর এবং দক্ষিণ মেরুতে। এই দুই জায়গায় পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্রের বলরেখাগুলো স্পর্শ করে বায়ুমণ্ডলকে। তাই এসব জায়গা দিয়ে সৌর বাতাসের চার্জিত কণাগুলোর খুব সামান্য পরিমাণ অংশ প্রবেশ করতে পারে বায়ুমণ্ডলে। ব্যপারটা অনেকটা এমন যে, চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা বিচ্যুত হবার সময় কিছু পরিমাণ চার্জিত কণা আটকা পড়ে যায় এর ভেতরে। সেই কণাগুলো ক্ষেত্রের বলরেখা বরাবর পরিভ্রমণ করে এক সময়ে পৌঁছে যায় পৃথিবীর দুই মেরুতে তথা দুর্বল স্থানে। বিষুব অঞ্চলে বলরেখাগুলো বায়ুমণ্ডলকে স্পর্শ না করার কারণে সেখানে পৌঁছাতে পারে না কণাগুলো। নিচের ছবিটি দেখলে বিষয়টি ভালোভাবে বোঝা যাবে।

আলোর খেলা

চার্জিত কণাগুলো মেরু অঞ্চলে প্রবেশ করার পর সেখানের বায়ুমণ্ডলে থাকা পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়। এর মাধ্যমে কণাগুলোর শক্তি স্থানান্তরিত হয় পরমাণুগুলোর মধ্যে। তখন পরমাণুতে থাকা ইলেকট্রনগুলো লাফ দিয়ে উপরের শক্তিস্তরে চলে যায়। সেখানে খুব অল্প সময় অবস্থানের পর ফোটন বিকিরণ করে পুনরায় আগের স্থানে ফিরে যায়। উৎপন্ন ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্ভর করে পরমাণুর শক্তিস্তরগুলোর মধ্যকার শক্তির পার্থক্যের উপরে। অর্থাৎ, ইলেকট্রন শুরুতে যে স্তরে ছিল এবং সংঘর্ষের পরে যেই শক্তিস্তরে যায়, তাদের মধ্যকার শক্তির পার্থক্যের উপরে। আবার, ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর ভিত্তি করে নির্ধারিত হয় দৃশ্যমান আলোর বর্ণ। আমরা জানি যে, বাতাসের মূল উপাদান নাইট্রোজেন এবং অক্সিজেন। বাকিগুলোর পরিমাণ অত্যন্ত নগণ্য। তাই সৌর বাতাসের মাধ্যমে আগত চার্জিত কণাগুলোর সাথে অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেনের সংঘর্ষ হবার সম্ভাব্যতা সবচেয়ে বেশি। নাইট্রোজেন পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে উৎপন্ন ফোটনের বর্ণ হয় লালচে। আর নাইট্রোজেন আয়নের সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে পাওয়া যায় গাঢ় নীল বা গোলাপি বর্ণ। অন্যদিকে, অক্সিজেন পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে ভিন্ন ভিন্ন বর্ণের আলো পাওয়া যায়। লাল অথবা সবুজ।

অক্সিজেন পরমাণু থেকে আলাদা দুইটি বর্ণের আলো পাওয়ার কারণ কি? এগুলোর পরমাণুতে সংঘর্ষের মাধ্যমে প্রাপ্ত শক্তির বদৌলতে উপরের শক্তিস্তরে গমন করা ইলেকট্রনের পুনরায় আগের স্তরে ফিরে আসার সময়ের তারতম্য হওয়ার কারণেই এমনটা হয়। সাধারণত খুব দ্রুত ইলেকট্রনগুলো শক্তি বিকিরণ করে নিচের শক্তিস্তরে ফেরত চলে আসে। যখন ফেরত চলে আসার সময়কাল এক সেকেন্ডের চেয়েও কম হয় তখন পাওয়া যায় সবুজ বর্ণের অরোরা। অন্যদিকে, অক্সিজেন পরমাণুতে ইলেকট্রন ফেরত আসতে বেশি সময় লাগলে পাওয়া যায় লাল বর্ণের অরোরা। ভূপৃষ্ঠ থেকে ২৫০ কিলোমিটারের উপরে দেখা মিলে এদের। এই উচ্চতায় অক্সিজেন পরমাণুর ঘনত্ব বেশ কম থাকে। তাই চার্জিত কণার সাথে এদের সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি বা কম্পাঙ্ক অপেক্ষাকৃত কম। এতে করে ইলেকট্রনগুলোর উপরের শক্তিস্তরে বেশি সময় ধরে থাকার সুযোগ সৃষ্টি হয়। তাদের গড় অবস্থানকাল দাঁড়ায় প্রায় ১০০ সেকেন্ডে। এর ফলাফল হিসেবে আমরা পাই লাল বর্ণ প্রদর্শনকারী ফোটন। অন্যদিকে, ভূপৃষ্ঠের ১০০ থেকে ২৫০ কিলোমিটারের মধ্যে দেখতে পাওয়া যায় সবুজ বর্ণের অরোরা। কারণ সেখানে অক্সিজেন পরমাণুর আধিক্য অনেক বেশি। চার্জিত কণার সাথে সংঘর্ষের মাত্রা বেশি হওয়ায় সেখানকার অক্সিজেন পরমাণুর উত্তেজিত ইলেকট্রনগুলোর পক্ষে উপরের শক্তিস্তরে বেশি সময় ধরে থাকা সম্ভব হয় না। সেখানে ইলেকট্রনের গড় অবস্থানকাল হয় ০.৭ সেকেন্ড। এরপরে তারা দ্রুত ফোটন নিঃসরণ করে আগের অবস্থায় ফেরত চলে আসে। এই সময় পাওয়া যায় সবুজ বর্ণের অরোরা। আরো নিচে, অর্থাৎ, ভূপৃষ্ঠ থেকে ১০০ কিলোমিটারের কম দূরত্বে, অক্সিজেন পরমাণুর ঘনত্ব অনেক কমে যায়। তাই এর মাধ্যমে কোন বর্ণের ফোটন পাওয়াই সম্ভব হয় না।

প্রিয় পাঠক, দয়া করে অক্সিজেন পরমাণুর সাথে অক্সিজেন অণুকে মিলিয়ে ফেলবেন না। আমরা নিঃশ্বাসের সাথে অক্সিজেন অণু গ্রহণ করি, পরমাণু নয়। দুইটি অক্সিজেন পরমাণু মিলে তৈরি হয় একটি অক্সিজেন অণু। ভূপৃষ্ঠের কাছে এদের মাত্রা পর্যাপ্ত পরিমাণ থাকে।  

বায়ুমণ্ডলের ৮০ থেকে ১০০ কিলোমিটারের মধ্যে আধিক্য থাকে নাইট্রোজেন পরমাণু এবং নাইট্রোজেন আয়নের। তাই সেখানে উৎপন্ন হতে পারে লালচে, গাঢ় নীল অথবা গোলাপি বর্ণের। মোটামুটি এভাবেই পাওয়া যায় নানান বর্ণের অরোরা যা কিনা উত্তর অক্ষাংশে সুমেরুজ্যোতি (Aurora Burealis/The Northern Light) এবং দক্ষিণ অক্ষাংশে কুমেরুজ্যোতি (Aurora Australis/The Southern Light) নামে পরিচিত।

সূত্রঃ

১. দ্য কালারস অফ অরোরা, ড্রিক লুমারজেইম, ন্যাশনাল পার্ক সার্ভিস।
২. হোয়াট ইজ অ্যান অরোরা, স্পেস প্লেস ডট নাসা ডট গভ, ১২ আগস্ট ২০২১।
৩. এ কার্টুন গাইড টু দ্য ফ্যাসিনেটিং রেলম অফ ফিজিক্স।