সৌর বিকিরণের প্রভাবে আয়নিতকরণ প্রক্রিয়ার ওপর ভিত্তি করে স্তরবিন্যাস (Classifi- cation based on ionization produced by Solar radiation):
আগত ক্ষুদ্র তরঙ্গের সৌরবিকিরণ, সৌর ঝড় ইত্যাদির প্রভাবে উর্ধ্ব বায়ুমণ্ডলের প্রায় 90 কিমি উচ্চতার ওপর অবস্থিত গ্যাসীয় অণুগুলি বিশ্লিষ্ট হয়ে তড়িৎগ্রস্ত (আয়নিত) হয়ে পড়ে। এর প্রভাবে বায়ুমণ্ডলে স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য বিশিষ্ট দুটি পৃথক স্তর লক্ষ করা যায়। যথা-(a) আয়নোস্ফিয়ার (Ionosphere), (b) ম্যাগনেটোস্ফিয়ার (Magnetosphere)।
(a) আয়নোস্ফিয়ার (Ionosphere):
★ সংজ্ঞা ও বিস্তার (Definition and extent): আগত সৌর বিকিরণের প্রভাবে বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের আয়নিতকরণ (Ionozation) প্রক্রিয়ার দ্বারা বায়ুমণ্ডলে একটি স্বতন্ত্র স্তর সৃষ্টি হয়। এই স্তরটিকে আয়নোস্ফিয়ার বলে। পিটারসেনের (Petterssen) মত অনুযায়ী এই স্বতন্ত্র স্তরটি ভূপৃষ্ঠের ওপর 60 কিমি উচ্চতা থেকে শুরু। কিন্তু 60-90 কিমি-এর মধ্যে মেসোস্ফিয়ারের অবস্থানের কারণে অনেকেই এই তত্ত্বকে মেনে নেয়নি। তবে সকলেই একমত হয়ে 90 কিমি অর্থাৎ মেসোপজের পর থেকে আয়নোস্ফিয়ারের অবস্থান ধরে নেয়।
★ উৎপত্তি (Origin): প্রধানত বায়ুমণ্ডলের প্রধান গ্যাসগুলির (O, N) সঙ্গে ক্ষুদ্র তরঙ্গের আগত সৌর বিকিরণের বিক্রিয়ায় আয়নিত হয়ে মুক্ত ইলেকট্রন সৃষ্টি হওয়া এবং ইলেকট্রনগুলির তড়িৎপরিবাহিতার (electrical conductivity) কারণে এই আয়নোস্ফিয়ার স্তরটির সৃষ্টি হয়। বিজ্ঞানী র্যাদারফোর্ড (Ruther- ford) পরীক্ষা দ্বারা প্রমাণ করেন যে একটি পরমাণুর তিনটি অংশ-ইলেকট্রন, প্রোটন ও নিউট্রন। এদের মধ্যে নিউট্রন তড়িৎ নিরপেক্ষ, প্রোটন ধনাত্মক এবং ইলেকট্রন ঋণাত্মক আধান বিশিষ্ট। প্রোটন ও নিউট্রন একত্রিত হয়ে নিউক্লিয়াস গঠন করে এবং ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের চারদিকে নির্দিষ্ট কক্ষপথে স্থির তড়িৎ আকর্ষণ বল দ্বারা ঘুরতে থাকে। যেহেতু পরমাণুর প্রোটন ও ইলেকট্রন সংখ্যা স্থির, তাই কোনো তড়িৎপ্রবাহ হয় না। কিন্তু প্রতিটি পরমাণুর সর্ববহিস্থ কক্ষে কিছু মুক্ত ইলেকট্রন থাকে যা তড়িৎ প্রবাহে সক্ষম। সূর্য থেকে আগত ক্ষুদ্র তরঙ্গে অতিবেগুনি রশ্মি (Uv-ray) ও রঞ্জন রশ্মির (x-ray) প্রভাবে তড়িৎগ্রস্ত হয়ে পরমাণু ইলেকট্রন মুক্ত করে ধনাত্মক আধানে পরিণত হয়। একে আয়ন (ion) বলে। এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলি আবার বহু দূর পর্যন্ত তড়িৎ পরিবহণে সক্ষম হওয়ায় বায়ুমণ্ডলের এই অংশে উচ্চ তড়িৎপরিবাহিতার (electrical conductivity) সৃষ্টি হতে দেখা যায়। এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলি একক সময়ে যতটা দূরত্ব অতিক্রম করতে পারে তাকে গড়মুক্ত প্রবাহ (mean free path) বলে। এই অবস্থা আবার বায়ুমণ্ডলের ঘনত্বের ওপর নির্ভর করে। বায়ুমণ্ডলের ঘনত্ব কম হলে গড়মুক্ত প্রবাহ বেশি হয়। তাই আয়নমণ্ডলে যেখানে মুক্ত ইলেকট্রন একে অপরের সংঘর্ষের পূর্বে গড়ে 1 কিমি পর্যন্ত যেতে পারে, ভূপৃষ্ঠের কাছে সেখানে গড়ে 1 সেমির 1/1000000 ভাগ দূরত্ব অতিক্রম করতে পারে। তাই ভূপৃষ্ঠে আয়নিতকরণ প্রক্রিয়ার কোনো প্রভাবই দেখা যায় না।
আয়নমণ্ডলে মুক্ত ইলেকট্রনের উপস্থিতি ও তড়িৎ পরিবাহিতার কারণেই ভূপৃষ্ঠ থেকে প্রেরিত বেতার তরঙ্গ (radio wave) প্রতিফলিত হয়ে পুনরায় ফিরে আসে। তবে ক্ষুদ্র ও বৃহৎ তরঙ্গের বেতার তরঙ্গের প্রতিফলন অনেকটাই মুক্ত ইলেকট্রনের ঘনত্বের ওপর নির্ভর করে।
★ শ্রেণিবিভাগ (classification): ইলেকট্রনের ঘনত্ব, বেতার তরঙ্গের প্রতিফলনের প্রকৃতি অনুযায়ী আয়নমণ্ডলকে নিম্নলিখিত কয়েকটি স্তরে ভাগ করা হয়। চিত্র: 4.6-এ দিন ও রাত্রি ভেদে আয়নমণ্ডলের স্তরবিন্যাস উচ্চতা অনুযায়ী উপস্থাপন করা হল।
★ D স্তর: বায়ুমণ্ডলে 60 থেকে 90 কিমি উচ্চতার মধ্যে প্রধানত ওজোনোস্ফিয়ারের ঠিক পরেই এই স্তরটি অবস্থিত। এই স্তরটি ক্ষুদ্র প্রবাহমাত্রার (Low-frequency) বেতার তরঙ্গকে প্রতিফলিত করতে সক্ষম। কিন্তু মাঝারি থেকে বৃহৎ প্রবহমাত্রার (medium and high frequency) বেতার
 |
| উচ্চতা অনুযায়ী দিন ও রাত্রি ভেদে অয়নমন্ডলের স্তরবিন্যাস |
তরঙ্গকে শোষণ করে নেয়। তাই এই স্তরকে Depletion স্তর বলে। দিনের বেলায় এই স্তরের অস্তিত্ব থাকলেও সূর্যাস্তের পর এই স্তরটি নিষ্ক্রিয় হয়ে যায়। তাই আয়নমণ্ডলের বিস্তৃতি উল্লেখ করার সময় এই স্তরটিকে ধরা হয় না।
★ E স্তর : এই স্তরটি গড়ে 90 থেকে 150 কিমি-এর মধ্যে অবস্থান করে। প্রধানত নাইট্রোজেন পরমাণুর রঞ্জন রশ্মি (x ray) শোষণের ফলে আয়নিতকরণের প্রভাবে এই স্বতন্ত্র স্তরটির সৃষ্টি হয়। এই স্তরটি দীর্ঘ প্রবাহমাত্রার বেতার তরঙ্গ প্রতিফলনে সক্ষম। দিনের বেলায় এই স্তরের উপস্থিতি থাকলেও রাতে স্তরটিকে দেখা যায় না। বিজ্ঞানী Kennelly এবং Heaviside স্বতন্ত্র স্তরটিকে আবিষ্কার করেন বলে তাঁদের নামানুসারে এই স্তরটির নাম দেওয়া হয়েছে Kennelly-Heaviside স্তর। E স্তরকে তিনটি উপস্তরে বিভক্ত করা হয়।
E, স্তর: E স্তরের সর্বনিম্ন স্তরটিকে E, স্তর বলে।
স্পোরাডিক E স্তর (Sporadic E Layer): E স্তরের মাঝামাঝি মোটামুটি 130 কিমি উচ্চতায় মাঝে মধ্যেই একটি স্বতন্ত্র স্তর লক্ষ করা যায়। এর নাম স্পোরেডিক E স্তর। এই স্তরে মুক্ত ইলেকট্রনগুলি উচ্চগতি লাভ করায় মেরু জ্যোতি (Aurora) দেখা যায়। এই স্তরটি উচ্চ প্রবাহমাত্রার বেতার তরঙ্গ প্রতিফলন করতে সক্ষম। E, স্তর: E, এবং স্পোরেডিক E স্তরের ওপরে প্রায় 150 কিমি পর্যন্ত আরো একটি স্বতন্ত্র স্তর লক্ষ করা যায় যা দিনের আলোতেই দৃশ্যমান। অতিবেগুনি রশ্মির প্রভাবে অক্সিজেন পরমাণুর আয়নিতকরণের জন্য E, স্তরের সৃষ্টি হয়।
★ F স্তর: E₂ স্তরের ওপরে 150 থেকে 380 কিমি উচ্চতার মধ্যে উচ্চমাত্রার দীর্ঘ দূরত্বের বেতার তরঙ্গ প্রতিফলনে সক্ষম একটি স্তরের উপস্থিতি লক্ষ করা যায়। এই স্তরকে অবিষ্কর্তা পদার্থ বিজ্ঞানী Edward Appleton-এর নামানুসারে Appleton স্তরও (Appleton Layer) নামেও অভিহিত করা হয়। F স্তরটি 100A-800A তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বিকিরণ শোষণ করতে সক্ষম। F স্তরকে পুনরায় F1 ও F₂-এই দুটি স্তরে বিভক্ত করা হয়।
F1 স্তরটি দিনের বেলায় দৃশ্যমান হলেও রাতে থাকে না। দীর্ঘ ও মধ্যম বেতার তরঙ্গ প্রতিফলনে সক্ষম হওয়ায় দীর্ঘ দূরত্বে বেতার যোগাযোগের (Long distant Radio Communication) ক্ষেত্রে F1 স্তরের গুরুত্ব রয়েছে।
 |
| উচ্চতা অনুযায়ী দিন ও রাত্রি ভেদে অয়ন মন্ডলের স্তর বিন্যাস |
F₂ স্তরটি F1 -এর ঠিক ওপরে অবস্থিত। দীর্ঘ দূরত্বের বেতার যোগাযোগের ক্ষেত্রে এই স্তরের গুরুত্ব অপরিসীম। স্তরটি দিন ও রাত-উভয় সময়েই সক্রিয় থাকে। তবে রাতে আয়নমণ্ডলের অন্যান্য স্তরগুলি নিষ্ক্রিয় হয়ে।
যাওয়ায় দীর্ঘ দূরত্বের বেতার তরঙ্গ সহজেই এই স্তর থেকে প্রতিফলিত হতে পারে। তাই দীর্ঘ বেতার তরঙ্গ (AM Radio Waves) পরিসেবা রাতে ভালোভাবে ও স্পষ্ট শুনতে পাওয়া যায়।
★ G স্তর: F₂ স্তরের ওপরে G স্তরের অবস্থান। অতিবেগুনি রশ্মির প্রভাবে সৃষ্ট নাইট্রোজেন পরমাণুর মুক্ত ইলেকট্রন দ্বারা এই স্তর সৃষ্টি হয়। যেহেতু F, স্তর সকল প্রকার বেতার তরঙ্গ প্রতিফলনে সক্ষম, তাই এই স্তরের খুব একটা গুরুত্ব নেই।
(b) ম্যাগনেটোস্ফিয়ার (Magnetosphere):
সৌর বিকিরণের ফলে সৃষ্ট সৌর বাত্যার (Solar Wind) প্রভাবে বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের আয়নিতকরণ এবং পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের আকষর্ণের সম্মিলিত প্রভাবে আয়নমণ্ডলের ওপরের স্তর থেকে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের শেষ সীমা পর্যন্ত একটি স্বতন্ত্র স্তরের সৃষ্টি হতে দেখা যায়। এই স্তরটিকে ম্যাগনেটোস্ফিয়ার বলে।
 |
| সূর্য ঝড়ের প্রভাবে ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের সৃষ্টি এবং সূর্যের বিপরীত পাশে চুম্বক পুচ্ছের সৃষ্টি |
(★) বিস্তার (Extent): ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের বিস্তার নিয়ে বিজ্ঞানীমহলে নানা মত রয়েছে। পৃথিবীর যে পৃষ্ঠটি সূর্যের দিকে অবস্থান করে সেই অংশের ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের বলয়টি সৌর বাত্যার ক্রমাগত প্রভাবে সঙ্কুচিত হয়ে পড়ে। কিন্তু এর বিপরীত পার্শ্বটিতে ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের বিস্তার বাড়তে বাড়তে একটি পুচ্ছের আকার ধারণ করে। একে চুম্বক পুচ্ছ (Magnetotail) বলে। চুম্বক পুচ্ছের বিস্তার এতটাই বেশি হয় যে অনেকসময় সেটি চাঁদের কক্ষপথকেও ছাড়িয়ে যায়।
(★) উৎপত্তি (Origin): সূর্যের আলোকমণ্ডল থেকে (Photosphere) অসংখ্য ছোটো ছোটো তড়িতাহিত ইলেকট্রন কণা মাধ্যাকর্ষণ শক্তির বিপরীতে অত্যন্ত দ্রুত গতিতে বাইরের দিকে ছুটে আসে। অত্যধিক উন্নতার কারণে অস্থির গ্যাসীয় অণুগুলি পারস্পরিক সংঘর্ষের ফলে এই কণাগুলি তড়িতাহিত হয় এবং অতি তীব্র গতি লাভ করে। এর গড় গতিবেগ 400 কিমি / সেকেন্ড। এই অতি তীব্র গতিসম্পন্ন তড়িদাহিত কণাসমষ্টির প্রবাহকে সৌর ব্যাত বা সৌর ঝড় বা প্লাজমা (Solar Wind or Plasma) বলে। এই সৌর বাত্যা যখন পৃথিবীর অভিকর্ষীয় দূরত্বের মধ্যে এসে উপস্থিত হয় তখন বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসগুলিকে তড়িদাহিত করে। সৌর বাত্যার তড়িদাহিত ইলেকট্রন এবং বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের ইলেকট্রনগুলি পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের উত্তর ও দক্ষিণ মেরু দ্বারা আকৃষ্ট হয়ে উভয় ক্ষেত্রের দিকে প্রবাহিত হতে শুরু করে। ফলে ঊর্ধ্ববায়ুমন্ডলে ফাঁপা অশ্রুকণার ন্যায় গঠন বিশিষ্ট (Tear- drop shaped cavity) একটি স্বতন্ত্র স্তরের সৃষ্টি করে। যেহেতুে পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রভাবে এই স্তরটির সৃষ্টি হয়, তাই একে ম্যাগনেটোস্ফিয়ার বলে।
★ মেরুজ্যোতি (Aurora): প্রকৃতপক্ষে ম্যাগনেটোস্ফিয়ারেই মেরুজ্যোতি সৃষ্টি হয়। সৌর বাত্যার প্রভাবে বায়ুমণ্ডলের গ্যাসীয় অণু-পরমাণুগুলি আয়নিত হয়ে বিভাজিত হয়ে পড়ে। এর ফলে উত্তপ্ত আয়নগুলির মুক্ত ইলেকট্রন তার কক্ষপথ ত্যাগ করে তার পরবর্তী উচ্চপর্যায়ের বৃহৎ শক্তির কক্ষপথে চলে যায়। ফলে ইলেকট্রনগুলির ঘূর্ণন বেগ বেড়ে যায়। উপরন্তু ইলেকট্রনগুলি পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের দ্বারা আকর্ষণের প্রভাবে তীব্রগতি লাভ করে এবং উভয় মেরু অঞ্চলে অতি দ্রুত 300 থেকে 100 কিমি উচ্চতায় নেমে আসে। আবার ইলেকট্রনগুলি নিস্তেজ হয়ে গেলে তার পূর্বতন ছোটো কম
 |
| সৌর ঝড়ের প্রভাবে মুক্ত ইলেকট্রনের পরবর্তী উচ্চ পর্যায়ের কক্ষপথের গমন এবং পুনরায় নিজের পক্ষে ফিরে আসার ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের দৃশ্যমান আলোক রশ্মির সৃষ্টি |
শক্তিসম্পন্ন কক্ষপথে ফিরে আসে। এইভাবে ক্রমাগত একই প্রক্রিয়া পুনরাবর্তনের ফলে ইলেকট্রনগুলি যে গতিশক্তি পায় তার ফলে আলোকশক্তি লাভ করে। এই আলোকশক্তির তরঙ্গদৈর্ঘ্য দৃশ্যমান আলোকরশ্মির (Visible spectrum) শ্রেণিভুক্ত হওয়ায় মেরু অঞ্চলে রাতের বেলায় আমাদের দৃষ্টিগোচর হয়। একেই মেরুজ্যোতি বলে (চিত্র: 4-10)। সুমেরু অঞ্চলে এই আলোক প্রভাকে সুমেরু প্রভা (Aurora Boriolis) এবং কুমেরু অঞ্চলে এই আলোক প্রভাকে কুমেরু প্রভা (Aurora Australis) বলে।
 |
| মেরুজ্যোতি |
★) ভন অ্যালেন বিকিরণ বলয় (Von Allen Radiation Belt) :
1954 খ্রিস্টাব্দে উপগ্রহ পর্যবেক্ষণ দ্বারা ম্যাগনেটোস্ফিয়ারের তেজস্ক্রিয়তা সম্পর্কে তথ্য সংগ্রহ করা হয়। এ ছাড়া; আরও অন্যান্য উৎস থেকে প্রাপ্ত তথ্যগুলি পর্যবেক্ষণ করে লক্ষ করা যায় যে সৌর বাত্যার প্রভাবে ম্যাগনেটোস্ফিয়ারে যে অনবরত আয়নিতকরণ প্রক্রিয়া চলে তার সংঘবদ্ধতা পৃথিবীর চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের আকর্ষণের প্রভাবে ইলেকট্রনের প্রবাহ দুটি বলয়ে সীমাবদ্ধ থাকে। এই দুটি বলয়কে আবিষ্কর্তা জে.ভন অ্যালেন (J.Von Allen)-এর নামানুসারে ভন অ্যালেন বলয় (Von Allen Belt) হিসাবে নামাঙ্কিত করা হয়। ভিতরের বলয়টি 1000 থেকে 5000 কিমি উচ্চতায় এবং বাইরের বলয়টি 15000 থেকে 25000 কিমি উচ্চতায় অবস্থান করছে। ভিতরের বলয়টি প্রধানত সৌর বাত্যার প্রভাবে আয়নিতকরণ ও তীব্রগতিসম্পন্ন ইলেকট্রনগুলির সংঘর্ষের ফলে সৃষ্টি হয়। বাইরের বলয়টি পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্রে আকর্ষণের প্রভাবে সৃষ্ট মুক্ত ইলেকট্রনগুলির প্রবাহের ফলে সৃষ্টি হয়।
★) ম্যাগনেটোপজ (Magnetopause) :
ম্যাগনেটোস্ফিয়ারে শেষ সীমা যেখানে পৃথিবীর চুম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রভাব আর থাকে না, তাকেই ম্যাগনেটোপজ বলে।