वायुमंडलीय अपवर्तन

वायुमंडलीय अपवर्तन

पृथ्वी के वायुमंडल द्वारा प्रकाश के अपवर्तन को वायुमंडलीय अपवर्तन कहते हैं। वायुमंडल धीरे-धीरे बदलते अपवर्तनांक वाली वायु परतों से बना है (भूमि के पास सघन, ऊपर विरल), और यह प्रकाश को रोचक ढंग से मोड़ता है।

आपने आग या हीटर के ऊपर उठती गर्म वायु से देखने पर वस्तुओं को लहराते या टिमटिमाते देखा होगा। ज्वाला के ठीक ऊपर की गर्म वायु हल्की (कम सघन) होती है और उसका अपवर्तनांक ऊपर की ठंडी वायु से थोड़ा कम होता है। चूँकि ये भौतिक स्थितियाँ बदलती रहती हैं, गर्म वायु से देखी गई वस्तु की आभासी स्थिति उतार-चढ़ाव करती रहती है। यह छोटे, स्थानीय पैमाने पर वायुमंडलीय अपवर्तन है। तारों का टिमटिमाना इसी प्रभाव का बहुत बड़े पैमाने पर रूप है।

तारों का टिमटिमाना

तारे का टिमटिमाना तारे के प्रकाश के वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण होता है।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Actual position of star	तारे की वास्तविक स्थिति
Apparent position of star	तारे की आभासी स्थिति
Atmosphere (denser downward)	वायुमंडल (नीचे अधिक सघन)
Observer	प्रेक्षक
Horizon	क्षितिज
Line of sight	दृष्टि रेखा

तारे का प्रकाश, पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करते समय, हम तक पहुँचने से पहले निरंतर अपवर्तन से गुजरता है। चूँकि वायुमंडल तारे के प्रकाश को अभिलंब की ओर मोड़ता है, तारे की आभासी स्थिति क्षितिज के पास देखने पर उसकी वास्तविक स्थिति से थोड़ी ऊँची होती है।

चूँकि वायुमंडल की भौतिक स्थितियाँ बदलती रहती हैं, यह आभासी स्थिति थोड़ी बदलती रहती है। तारे इतने दूर हैं कि वे प्रकाश के बिंदु स्रोत की भाँति कार्य करते हैं। जैसे-जैसे प्रकाश का मार्ग बदलता रहता है, हमारी आँख में प्रवेश करने वाले तारे के प्रकाश की मात्रा टिमटिमाती है - तारा कभी अधिक चमकीला तो कभी मंद दिखता है। यही उतार-चढ़ाव तारे का टिमटिमाना है।

ग्रह क्यों नहीं टिमटिमाते; सूर्योदय से पहले व सूर्यास्त के बाद सूर्य का दिखना

ग्रह क्यों नहीं टिमटिमाते: ग्रह तारों की तुलना में पृथ्वी के बहुत पास होते हैं और विस्तृत स्रोत (बिंदु नहीं) के रूप में दिखते हैं। किसी ग्रह को बहुत सारे बिंदु स्रोतों का संग्रह माना जा सकता है। इन सभी बिंदुओं से प्रकाश के उतार-चढ़ाव औसतन शून्य हो जाते हैं, अतः टिमटिमाने का प्रभाव समाप्त हो जाता है और ग्रह स्थिर चमकते हैं।

सूर्योदय से पहले व सूर्यास्त के बाद सूर्य का दिखना:

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Actual position of Sun	सूर्य की वास्तविक स्थिति
Apparent position of Sun	सूर्य की आभासी स्थिति
Horizon	क्षितिज
Atmosphere	वायुमंडल
Observer	प्रेक्षक
~2 minutes earlier/later	~2 मिनट पहले/बाद

वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण, सूर्य वास्तविक सूर्योदय से लगभग 2 मिनट पहले तथा वास्तविक सूर्यास्त के लगभग 2 मिनट बाद तक दिखाई देता है। "वास्तविक सूर्योदय" का अर्थ है सूर्य का वास्तव में क्षितिज पार करना। वायुमंडल सूर्य के प्रकाश (जो क्षितिज के नीचे है) को इस प्रकार मोड़ देता है कि उसकी आभासी स्थिति क्षितिज से थोड़ी ऊपर दिखती है। सूर्योदय व सूर्यास्त पर सूर्य की चकती का चपटा दिखना भी इसी अपवर्तन के कारण है।

[परीक्षा युक्ति] तारे टिमटिमाते हैं (बिंदु स्रोत); ग्रह नहीं (विस्तृत स्रोत)। वायुमंडलीय अपवर्तन से सूर्योदय व सूर्यास्त दोनों पर लगभग 2 मिनट अतिरिक्त दिन-प्रकाश मिलता है।

हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1: तारे क्यों टिमटिमाते हैं

वायुमंडलीय अपवर्तन के आधार पर समझाइए कि तारे क्यों टिमटिमाते प्रतीत होते हैं।

हल: तारे का प्रकाश निरंतर बदलते अपवर्तनांक की वायुमंडलीय परतों से गुजरता है और बार-बार अपवर्तित होता है। चूँकि तारा एक दूर का बिंदु स्रोत है, वायुमंडल में छोटे परिवर्तन आँख तक पहुँचने वाले प्रकाश की मात्रा को बदलते रहते हैं - तारा बारी-बारी से अधिक चमकीला व मंद दिखता है। यही उतार-चढ़ाव टिमटिमाना है।

उदाहरण 2: ग्रह क्यों नहीं टिमटिमाते

तारे टिमटिमाते हैं परंतु ग्रह क्यों नहीं?

हल: ग्रह पृथ्वी के पास होते हैं और विस्तृत स्रोत (एक साथ कई बिंदु स्रोत) की भाँति कार्य करते हैं। अलग-अलग बिंदुओं से चमक-मंदता का औसत निकल जाता है, अतः आँख तक पहुँचने वाला कुल प्रकाश लगभग स्थिर रहता है - ग्रह नहीं टिमटिमाता।

उदाहरण 3: दो मिनट अतिरिक्त दिन-प्रकाश

सूर्य वास्तविक सूर्योदय से लगभग 2 मिनट पहले क्यों दिखता है?

हल: सूर्य का प्रकाश, जब सूर्य क्षितिज के ठीक नीचे है, वायुमंडलीय अपवर्तन से इस प्रकार मुड़ जाता है कि सूर्य की आभासी स्थिति क्षितिज से ऊपर उठ जाती है। इस प्रकार हम सूर्य को उसके वास्तव में क्षितिज पार करने से लगभग 2 मिनट पहले देख लेते हैं, और इसी प्रकार वास्तविक सूर्यास्त के लगभग 2 मिनट बाद तक।

उदाहरण 4: तारे की आभासी स्थिति

क्षितिज के पास तारे की आभासी स्थिति उसकी वास्तविक स्थिति से ऊँची होती है या नीची? क्यों?

हल: यह वास्तविक स्थिति से ऊँची दिखती है। वायुमंडल (भूमि के पास सघन) तारे के प्रकाश को अभिलंब की ओर मोड़ देता है, जिससे क्षितिज के पास देखने पर तारे की आभासी स्थिति उसकी वास्तविक स्थिति से ऊपर उठ जाती है।