प्रारण पट्ट

प्रारणपट्ट:पृथ्वीभोवती अवकाशात असलेल्या तिच्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे विशिष्ट प्रकारचे, उच्च ऊर्जेचे विद्युत्‌ भारित कण स्थानबद्ध (पकडून ठेवल्यासारखे) होऊन तिच्याभोवती पट्ट अथवा वलये निर्माण करतात, त्यांस प्रारण पट्ट म्हणतात. या प्रकारच्या प्रारण पट्टाचा शोध अमेरिकेमध्ये जेम्स ए. व्हॅन ॲलन व त्यांचे सहकारी यांनी १९५८ साली लावला, म्हणून या प्रारण पट्टांस व्हॅन ॲलन पट्ट असेही म्हणतात. मूलत: ⇨ विश्वकिरणांचा अभ्यास करण्याकरिता त्यांनी एक्स्प्लोअरर –१ व –३ या कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने गायगर गणित्र नावाचे प्रारण अभिज्ञातक [⟶ कण अभिज्ञातक] अवकाशात उंच पाठविले होते. उपग्रहामधील गायगर गणित्रभूपृष्ठापासूनसाधारणपणे२,५००किमी.उंचीवरअसतानात्यामध्येकाहीजागी (विषुववृत्ताजवळीलप्रदेशाच्यावर)गणनत्वरेचेमूल्यदरसेकंदाला१०,०००कणांपेक्षाहीजास्तहोते, तरतिचेमूल्यइतरठिकाणी (उदा., ध्रुवाजवळीलप्रदेश)फक्त३०एवढेहोते.यावरूनपृथ्वीभोवतालच्याअवकाशाच्याकाहीविशिष्टभागातविद्युत्‌भारितकणांचेस्थानिकसमूहउपस्थितआहेत, असानिष्कर्षमिळाला.पायोनियर-३, एक्स्प्लोअरर-४इ.उपग्रहांद्वारेहीप्रारणपट्टांचानंतरअभ्यासकरण्यातआला.पृथ्वीप्रमाणेचगुरूवशनीयांच्याभोवतीहीप्रारणपट्टआढळलेआहेत.

व्हॅनॲलनपट्टभूपृष्ठापासूनसु.काहीशेकडोकिलोमीटरतेसु.७L (L म्हणजेपृथ्वीचीत्रिज्या = ६,३७१किमी.)एवढ्याअंतरामध्येआढळतात.विषुववृत्ताजवळीलभागातयापट्टांचीतीव्रता विशेषअसते, तरध्रुवाजवळत्यांचीतीव्रताजवळजवळनगण्यअसते.प्रारणपट्टांतनिरनिराळ्याऊर्जेचेप्रोटॉनवइलेक्ट्रॉनहेचकणप्रामुख्यानेघटकम्हणूनसापडतात.पट्टांमध्येमुख्यत्वेकरूनदोनविभागआढळतात.पहिल्याआतीलविभागाचा (I) मध्यबिंदूपृथ्वीच्यामध्यापासूनसु.१·५L अंतरावरअसतो, तरदुसऱ्याम्हणजेबाह्यविभागाचा (II) मध्यबिंदूअंदाजे४·५L याअंतरावरअसतो.प्रत्येकदोन्हीविभागांचाआकारविवृत्तीगोलासारखा (विवृत्तम्हणजेदीर्घवर्तुळआपल्याबृहदक्षाभोवतीफिरविलेअसतामिळणाऱ्यापृष्ठभागासारखा)असूनतेपृथ्वीच्याचुंबकीयअक्षाभोवतीसममितअसतात (पृ.६०२वरीलआकृतीपहा).

पट्टांतीलघटककण: पट्टांतीलविभागांच्याघटकांविषयीप्रयोगाद्वारेपुढीलमाहितीमिळालेलीआहे : (१)उच्चऊर्जायुक्त (१५Mev तेकाहीशेकडोMeV MeV म्हणजेदशलक्षइलेक्ट्रॉन-व्होल्ट १इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट = १·६०२X १०^-१९जूल)प्रोटॉनफक्तविभाग (I) मध्येचसापडतात.यांचीतीव्रताकालानुसारस्थिरअसतेवतीतचुंबकीयवादळे, सौरशिखा[→सूर्य]इत्यादींमुळेबदलहोतनाही. (२)अल्पऊर्जेचेप्रोटॉन (०·४MeV तेकाहीMeV) हेविभाग (I) व (II) यांतसर्वत्रमिळतात. (३)विभाग (I) मध्येसर्वांतभेदकघटकउच्चऊर्जेचाप्रोटॉनअसतो. (४)काहीMeV ऊर्जेचेइलेक्ट्रॉनविभाग (I) व (II) यांमध्येसर्वत्रमिळतात.विभाग (II) मध्येहासर्वांतभेदकघटकअसतो.चुंबकीयवादळेइ.क्षोभामुळेयाघटकाच्यातीव्रतेतमोठाबदलघडूनयेतो. (५)प्रोटॉनांच्यातुलनेतसंख्येनेफारचकमीवकाहीMeV ऊर्जाअसणारीहीलियमअणुकेंद्रे (आल्फाकण)बाह्यपट्टविभाग (II) मध्येसापडतात.

व्हॅनॲलनपट्टांमध्येसापडणाऱ्याविद्युत्‌भारितकणांच्याउमगाविषयीचीयंत्रणानिश्चितपणेमाहीतनसली, तरीतेवात्यांपैकीकाही अंश ⇨ विश्वकिरण(बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर येणारे अतिशय भेदक कणयुक्त किरण), सूर्य किंवा वातावरणात खूप उंचावर करण्यात येणारे अणुबाँब स्फोट यांपासून निर्माण होत असावेत, याबद्दल काही पुरावा उपलब्ध आहे. उच्च ऊर्जाधारी विश्वकिरण गांगेय (आकाशगंगेतील) विभागातून पृथ्वीच्या वातावरणात प्रवेश करून त्यामधील अणूंवर आघात करतात तेव्हा त्यांपासून द्वितीयक न्यूट्रॉनांची निर्मिती होते. न्यूट्रॉनावर विद्युत्‌ भार नसल्यामुळे त्याच्या गतिमार्गावर भूचुंबकीय क्षेत्रांचा काही परिणाम होत नाही. अशा मुक्त न्यूट्रॉनांचे अर्धायुष्य (मूळ न्यूट्रॉनांची संख्या निम्मी होण्यास लागणारा कालावधी) १२ मिनिटे एवढे आहे व त्यामुळे या गतिमान न्यूट्रॉनांपैकी काही न्यूट्रॉनांचे प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांमध्ये रूपांतर होते. प्रारण पट्टांमध्ये सापडणारे उच्च ऊर्जाधारी प्रोटॉन अशा प्रकारे निर्माण होत असावेत, असा एक सिद्धांत आहे. विश्वकिरणांची तीव्रता प्रयोगाद्वारे माहीत आहे व तीपासून अशा रीतीने तयार होणाऱ्या प्रोटॉनांची गणितीय रीत्या गणन करून काढलेली संख्या, पट्टांत प्रत्यक्ष सापडणाऱ्या प्रोटॉनांच्या संख्येपेक्षा खूप कमी आहे, असे दाखविता येते. यावरून या क्रियेमुळे पट्टांच्या संधारणाकरिता (टिकविण्याकरिता) आवश्यक इतके कण उपलब्ध होऊ शकत नाहीत, हे स्पष्ट होते. शिवाय या यंत्रणेद्वारे बाह्य विभागात सापडणाऱ्या आल्फा कणांबद्दल काहीच खुलासा मिळत नाही. सूर्यापासून हे सर्व कण येतात असे गृहीत धरले, तर या सर्व कणांबद्दल खुलासा मिळतो. सूर्यापासून येणाऱ्या कणांची ऊर्जा मोजता येते. अशा प्रकारे मापन केलेली ऊर्जा पट्टात मिळणाऱ्या कणांच्या प्रत्यक्ष ऊर्जेपेक्षा खूप कमी आहे, असे आढळते. याचे विशदीकरण करण्याकरिता सूर्यापासून पृथ्वीकडे येणाऱ्या या कणांच्या मार्गावर वाटेत कोठेतरी कालानुसार बदलणाऱ्या विद्युत्‌ चुंबकीय क्षेत्राद्वारे हे कण प्रवेगित होतात, अशी एक उपपत्ती मांडली गेली आहे. या उपपत्तीनुसार बाह्य विभागातील कणांची तीव्रता सौरवात इ. सूर्यावरील आविष्कारांनुसार जो बदल दाखवितात त्याचे विशदीकरण मिळते. या सर्व गोष्टी लक्षात घेता पट्टातील कणांचा उगम या दोन्ही व इतर काही प्रकारे होत असावा, असा निष्कर्ष काढावा लागतो.

वर वर्णन केलेल्या कोणत्याही प्रकारे, भूचुंबकीय क्षेत्रात बाहेरून अंतःक्षेपित झालेले विद्युत्‌ भारित कण त्या विभागात असणाऱ्या भूचुंबकीय क्षेत्र रेषेच्या भोवती सर्पिल गतीने मार्गक्रमण करू लागतात. भूचुंबकीय क्षेत्र रेषेच्या कोणत्याही एका बिंदूपासून निघणारा विद्युत्‌ भारित कण अशा सर्पिल गतीने पृथ्वीच्या एका ध्रुवापासून दुसऱ्या ध्रुवापर्यंत फक्त काही सेकंद कालावधीत मार्ग चालून जातो. त्या ठिकाणी पोहोचताच आपली गतिदिशा बदलून तो परत तशाच गतीने आपल्या उमगस्थानी परत येतो. अशा तऱ्हेने एकामागून एक अशा क्रमाने उलटसुलट दिशेने तो कण याच गतिमार्गावर मार्गक्रमण करीत राहतो. विद्युत्‌ भारित कणास त्याच्या विद्युत्‌ भार चिन्हानुसार याशिवाय पृथ्वीभोवती एक वहन गती असते. पट्टातील प्रोटॉन पृथ्वीभोवती पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहत जातात, तर इलेक्ट्रॉन याच्या उलट दिशेने वाहत जातात. कणावर कार्य करणाऱ्या विद्युत्‌ अथवा चुंबकीय क्षेत्रामध्ये जर बदल झाला नाही किंवा हवेतील कणावर आघात झाल्यामुळे विद्युत्‌ भारित कणाच्या ऊर्जेत फरक झाला नाही, तर वर वर्णन केलेल्या गती अविरतपणे पुनःपुन्हा चालू राहतात. परिणामी विद्युत्‌ भारित कण पट्टात स्थानबद्ध होतात. कणाने स्थानबद्ध अवस्थेत घालविलेल्या कालावधीचे सरासरीमान काही दिवस ते एक वर्षपर्यंत असावे, असा अंदाज करता येतो. कणांच्या स्थानबद्ध अवस्थेतील आयुष्याचे मान त्यांना स्थानबद्धकामधून मुक्त करू शकणाऱ्या प्रक्रियेच्या प्रबलतेवर अवलंबून असते. या प्रक्रिया मुख्यत्वेकरून दोन प्रकारच्या असतात : (१) भूपृष्ठापासून १·३ L किंवा यापेक्षा कमी उंचीवर हवेतील वायुकणांची घनता पुरेशी असते. या ठिकाणी प्रारण पट्टातील कणाच्या ऊर्जेत होणारा क्षय वायुकणावर त्याचा आघात झाल्यामुळे होण्याचाच संभव अधिक असतो. प्रारण पट्ट कणाची ऊर्जा अशा प्रकारच्या आघातामुळे जसजशी कमी होते तसतसा तो कण खाली येत जातो व शेवटी तो ⇨ आयनांबरात मिसळतो. (२) १·३ L पेक्षा जास्त उंचीवर असलेल्या कणांची ऊर्जा फक्त विद्युत्‌ चुंबकीय क्षेत्राबरोबर (स्वनिर्मित अथवा अन्य निर्मित) आंतरक्रिया होऊन कमी होऊ शकते. या प्रकारच्या आंतरक्रियेमुळे त्यांची ऊर्जा जशीजशी कमी होते तसेतसे ते खाली जास्त वायुकण घनता असणाऱ्या हवेच्या विभागाकडे लोटले जातात व यानंतर पहिली प्रक्रिया पुरेशी प्रबल होते.

मानवनिर्मितप्रारणपट्ट :उच्च वातावरणात अणुकेंद्रीय बाँब स्फोट केले असता त्यामुळे कृत्रिम प्रारण पट्ट निर्माण करता येतात असे आढळले आहे. अमेरिकेने १९५८ मध्ये योजिलेल्या ‘अर्गस प्रकल्पात’ असे तीन स्फोट दक्षिण अटलांटिक महासागरावर सु. ४८० किमी. उंचीवर केले. त्यामुळे सु. २ L उंचीवर वेगवेगळे असे लहान पट्ट निर्माण झाले पण हे पट्ट काही दिवसांच्या कालावधीनंतरच नष्ट पावले. १९६२ मध्ये अमेरिकेने पॅसिफिक महासागरातील जॉन्स्टन बेटावर ४०० किमी. उंचीवर केलेल्या ‘स्टारफिश’ या जास्त शक्तिशाली (१·४ मेगॅटन) स्फोटामुळे ३ L उंचीपर्यंत प्रारण पट्ट तयार झाले आणि त्याचा परिणामही बराच काळपर्यंत राहिला असे आढळले. १९६३ मध्ये सोव्हिएट रशियाने केलेल्या बाँब स्फोटामुळे १·७ L व ३·० L या दरम्यान तीन पट्ट तयार झाले, असे प्रयोगाने आढळले.

इतरआविष्कारांबरोबरीलसंबंध:⇨ ध्रुवीयप्रकाश व व्हॅन ॲलन पट्ट यांमध्ये जवळचा संबंध आहे, असे प्रयोगाने सिद्ध झाले आहे. जेव्हा ध्रुवीय प्रकाश तीव्र असतो तेव्हा प्रारण पट्ट विभाग (II) मध्ये स्थानबद्ध कणांच्या संख्येत फार मोठ्या प्रमाणात वाढ झाल्याचे दिसून येते. ध्रुवीय प्रकाश भूपृष्ठापासून सु. १०० किमी. उंचीवर दिसतो यामध्ये इलेक्ट्रॉन हे कार्यक्षम कारक असून त्यांची ऊर्जा १०-१०० KeV तर स्रोत घनता १०^१२ प्रती सेंमी.^२ प्रती से. असते. या आविष्कारात दिसणारा प्रकाश इलेक्ट्रॉन आघातामुळे हवेचे कण उद्दीपित झाल्यामुळे उत्पन्न होतो. ऊर्जेत घट झाल्यामुळे जे इलेक्ट्रॉन प्रारण पट्टातून खाली क्षरण पावतात (गळून जातात) व त्यांच्या योगेच ध्रुवीय प्रकाश उद्दीपित होतो, अशी कल्पना एकेकाळी पुढे आली होती परंतु अशा प्रकारे उपलब्ध झालेली इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जा ध्रुवीय प्रकाशाचा आविष्कार संधारित करण्यास पुरेशी नाही, असे गणितीय रीत्या दाखवले गेले. त्यामुळे सध्या ध्रुवीय प्रकाश व प्रारण पट्ट यांचा एक समाईक उगम असावा एवढेच मानले जाते.

मागे वर्णन केल्याप्रमाणे प्रारण पट्टातून कणांचे सारखे क्षरण पट्टाच्या खाली असलेल्या वातावरणाच्या आयनांबर विभागात होत असते. अशा प्रकारे उच्च ऊर्जेचे कण या भागात प्रवेश करतात तेव्हा त्यांचे वायुकणांवर आघात होऊन त्यायोगे वायुकणांचे आयनीकरण (विद्युत्‌ भारित अणू, रेणू वा अणुगट यांत म्हणजे आयनांत रूपांतर होणे) होऊ शकते आणि निर्माण झालेल्या आयन व इलेक्ट्रॉन यांचा पुरवठा आयनांबराला केला जातो व त्याच्या संधारणास मदत होते. प्रारण पट्टांप्रमाणे आयनांबरात दोन विरुद्ध प्रकारचे विद्युत्‌ भार असलेले घटक उपस्थित असतात. प्रारण पट्टाशी तुलना करता आयनांबरातील विद्युत्‌ भारित कणांची सरासरी ऊर्जा खूप कमी असते व त्यांचे चुंबकीय क्षेत्राद्वारा स्थानबंधनही होत नाही. [→ आयनांबर].

 पृथ्वीच्या मध्यापासून सु. १० L अंतरापर्यंत ⇨ चुंबकांबर पसरलेले आहे. या अंतरापर्यंतच भूचुंबकीय क्षेत्र नियमित स्वरूपाचे असते. चुंबकीय क्षेत्राच्या पुढील भागात सौरवातामुळे क्षोभ निर्माण होऊन त्यामध्ये अस्थैर्य उत्पन्न होते व त्याच्या स्वरूपातही फार मोठा बदल घडवून आणला जातो. सौरवातात सामान्यपणे १,००० eV ऊर्जेचे प्रोटॉन व १० eV ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन असून ते सूर्याच्या पृष्ठभागापासून ३०० ते ७०० किमी./से. या गतीने अरीय दिशेत फेकले जातात. सौरवात चुंबकांबराच्या जवळ आला की, त्यामधील प्रोटॉनांची ऊर्जा १० पटींनी जास्त, तर इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जा ४० पटींनी जास्त झालेली आहे असे आढळते. चुंबकांबराचा जेथे शेवट होतो त्या संक्रमण भागात बहुधा कालपरिवर्ती विद्युत्‌ चुंबकीय क्षेत्रे असून त्यामुळे हे सौरवात कण प्रवेगित होतात, अशी एक कल्पना मांडली गेली आहे. येथे लक्षात घेण्याजोगी गोष्ट ही की, चुंबकांबराचा जेथे शेवट होतो तेथेच प्रारण पट्टाचा अकस्मात अंत होतो. कणांना स्थानबद्ध करण्याची क्षमता चुंबकांबराच्या आतील भागात असलेल्या चुंबकीय क्षेत्रातच फक्त असते, असे यावरून दिसते.

प्रारण पट्टांमधील प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन स्रोतामुळे त्यामधून अवकाश यान इ. जात असताना यानातील कर्मचारी व त्यातील यंत्रसामग्री यांवर प्रारण पडून त्याजोगे त्यांची हानी होण्याचा संभव असतो. पट्टांतील कण घनता पट्टाच्या निरनिराळ्या विभागांत निरनिराळ्या मूल्याची असल्यामुळे अशा प्रकारे होणाऱ्या हानीचे प्रमाण यानाच्या प्रारण पट्टातील स्थानावर व तेथे घालवलेल्या वेळेवर अवलंबून राहते. पट्ट विभाग (I) मध्ये यान असताना सर्वांत जास्त हानी होण्याचा संभव असतो. कारण या भागातील उच्च ऊर्जा प्रोटॉनांची भेदनक्षमता खूप मोठी असल्यामुळे यानाच्या भिंतीच्या आत प्रवेश करून आतील यंत्रसामग्रीची हानी करू शकतात. इतर विभागांत कणांची भेदनक्षमता कमी असल्यामुळे अशा ठिकाणी फक्त ⇨ सौर विद्युत्‌ घटासारख्या अनावृत (उघड्या असलेल्या) भागाचीच हानी होऊ शकते. [→ प्रारण].

 संदर्भ : 1. Ehricke, K. A. Space Flight : Environment and Celestial Mechanics, Princeton, 1960.    

            2. Glasston, S. Sourcebook on the Space Sciences, Princeton, 1965.

            3. Hess, W. N., Ed., Space Science, London, 1965.

            4. Van Allen, J. A. Radiation Belts Around the Earth, Scientific American, March 1959.

सूर्यवंशी, वि. ल. चिपळोणकर, व. त्रिं.

“