भूपृष्ठ पर किसी स्थान की स्थिति का निर्धारण

Foundation पृथ्वी एक विशाल लध्वक्ष गोलाभ (Oblate Spheroid) है। किसी भी गोलाकार वस्तु का कोई आरंभ या अंत नहीं होता, न ही कोई किनारा या कोना होता है। अतः इसके धरातल पर किसी बिंदु की स्थिति बताना अत्यंत कठिन है। किंतु पृथ्वी के दैनिक घूर्णन के कारण इसके दो प्राकृतिक संदर्भ बिंदु मौजूद हैं। पृथ्वी के केंद्र से गुजरने वाली वह काल्पनिक रेखा जिसके चारों ओर पृथ्वी लट्टू की भांति घूमती है, उसे पृथ्वी का अक्ष या धुरी (Earth's Axis) कहते हैं। इसके उत्तरी सिरे को उत्तरी ध्रुव (North Pole, 90°N) तथा दक्षिणी सिरे को दक्षिणी ध्रुव (South Pole, 90°S) कहा जाता है।

Scientific Phenomenon दोनों ध्रुवों से समान दूरी पर पृथ्वी के ठीक मध्य से पूर्व-पश्चिम दिशा में खींचा गया काल्पनिक पूर्ण वृत्त जो पृथ्वी को उत्तरी एवं दक्षिणी गोलार्धों में विभाजित करता है, उसे भूमध्य रेखा या विषुवत रेखा (Equator, 0°) कहते हैं। भूमध्य रेखा पृथ्वी का सबसे बड़ा अक्ष-वृत्त या वृहद् वृत्त (Great Circle) है, जिसकी कुल परिधि लगभग 40,075 किलोमीटर है। इसके उत्तर के भाग को उत्तरी गोलार्ध तथा दक्षिण के भाग को दक्षिणी गोलार्ध कहते हैं।

Mechanism अक्षांश एवं अक्षांश रेखाओं की परिभाषा:

• अक्षांश (Latitude): पृथ्वी के केंद्र से भूमध्य रेखीय तल के संदर्भ में उत्तर या दक्षिण की ओर किसी स्थान की कोणीय दूरी को अक्षांश कहते हैं। इसे अंश (°), मिनट (′) एवं सेकंड (″) में मापा जाता है। भूमध्य रेखा का अक्षांश 0° तथा ध्रुवों का अक्षांश 90° उत्तर एवं 90° दक्षिण होता है।
• अक्षांश रेखाएँ या समानांतर रेखाएँ (Parallels of Latitude): समान अक्षांश वाले स्थानों को मिलाने वाली तथा भूमध्य रेखा के समानांतर पूर्व-पश्चिम खींची गई काल्पनिक रेखाओं को अक्षांश रेखाएँ कहते हैं।

Analysis अक्षांश रेखाओं के मुख्य लक्षण:

1. परस्पर समानांतर: सभी अक्षांश रेखाएँ एक-दूसरे के पूर्ण समानांतर होती हैं और कभी एक-दूसरे को नहीं काटतीं।
2. पूर्ण वृत्त: प्रत्येक अक्षांश रेखा एक पूर्ण वृत्त होती है।
3. परिधि का ह्रास: भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर जाने पर वृत्तों का आकार छोटा होता जाता है; 90° ध्रुवों पर यह केवल एक बिंदु रह जाता है।
4. रेखीय दूरी: धरातल पर 1° अक्षांश के बीच की रेखीय दूरी लगभग 111 किलोमीटर (111.13 किमी) होती है।
5. कुल संख्या: 1° के अंतराल पर कुल 179 पूर्ण वृत्त होते हैं (89 उत्तर + 89 दक्षिण + 1 भूमध्य रेखा = 179; ध्रुव बिंदु हैं)।
6. महत्वपूर्ण अक्षांश: भूमध्य रेखा (0°), कर्क रेखा (23½° उत्तर), मकर रेखा (23½° दक्षिण), आर्कटिक वृत्त (66½° उत्तर), तथा अंटार्कटिक वृत्त (66½° दक्षिण)।

Application अक्षांशों के आधार पर ही पृथ्वी को तीन प्रमुख ताप कटिबंधों में बांटा गया है: उष्ण कटिबंध (0°-23½°), शीतोष्ण कटिबंध (23½°-66½°) एवं शीत कटिबंध (66½°-90°)।

Foundation केवल अक्षांश रेखा से किसी स्थान की सही स्थिति नहीं जानी जा सकती। उदाहरण के लिए, यदि कहा जाए कि एक जहाज 23½° उत्तर अक्षांश पर है, तो वह पूरी कर्क रेखा पर कहीं भी हो सकता है! इस अनिश्चितता को दूर करने के लिए उत्तर-दक्षिण दिशा में अक्षांशों को लंबवत काटने वाली रेखाओं की आवश्यकता होती है।

Scientific Phenomenon उत्तरी ध्रुव को दक्षिणी ध्रुव से जोड़ने वाली काल्पनिक ऊर्ध्वाधर रेखाओं को देशांतर रेखाएँ या मध्याह्न रेखाएँ (Meridians of Longitude) कहते हैं। 1884 में अंतरराष्ट्रीय सहमति से लंदन (ब्रिटेन) के पास ग्रीनविच स्थित ब्रिटिश राजकीय वेधशाला (Royal Observatory) से गुजरने वाली रेखा को प्रधान मध्याह्न रेखा (Prime Meridian, 0°) स्वीकार किया गया। यह पृथ्वी को पूर्वी गोलार्ध एवं पश्चिमी गोलार्ध में विभाजित करती है।

Mechanism देशांतर रेखाओं के प्रमुख गुणधर्म:

• देशांतर (Longitude): प्रधान मध्याह्न रेखा के पूर्व या पश्चिम में भूमध्य रेखा के तल पर किसी स्थान की कोणीय दूरी को देशांतर कहते हैं (0° से 180° पूर्व एवं 0° से 180° पश्चिम)।
• अर्धवृत्त (Semi-circles): प्रत्येक देशांतर रेखा एक अर्धवृत्त होती है जो उत्तरी ध्रुव से शुरू होकर दक्षिणी ध्रुव पर समाप्त होती है। सभी देशांतर रेखाओं की लंबाई एक समान (लगभग 20,000 किमी) होती है।
• अभिसरण (Convergence): देशांतर रेखाएँ समानांतर नहीं होतीं। भूमध्य रेखा पर इनके बीच की दूरी अधिकतम (लगभग 111.32 किमी) होती है; ध्रुवों की ओर जाने पर यह घटती जाती है और दोनों ध्रुवों पर सभी रेखाएँ एक बिंदु पर मिल जाती हैं (दूरी 0 किमी)।
• कुल संख्या: प्रधान रेखा से 180 पूर्व तथा 180 पश्चिम की ओर कुल 360 देशांतर रेखाएँ होती हैं (180° पूर्व और 180° पश्चिम एक ही उभयनिष्ठ रेखा है)।

Analysis वृहद् वृत्त की अवधारणा (Great Circle): कोई भी दो विपरीत देशांतर रेखाएँ मिलकर एक पूर्ण वृत्त बनाती हैं, जो पृथ्वी के केंद्र से गुजरता है और उसे दो बराबर भागों में बांटता है। अतः विपरीत देशांतरों का योग सदैव 180° होता है (जैसे 0° और 180°, अथवा 30° पूर्व और 150° पश्चिम) और वे एक वृहद् वृत्त (Great Circle) बनाते हैं। वृहद् वृत्त का मार्ग ही हवाई जहाजों के लिए दो स्थानों के बीच का सबसे छोटा मार्ग (Great Circle Route) होता है।

Application देशांतर रेखा को 'Meridian' कहते हैं, जो लैटिन शब्द 'Meridies' (मध्याह्न / दोपहर) से बना है। एक ही देशांतर पर स्थित सभी स्थानों पर दोपहर 12 बजे सूर्य एक ही समय ठीक सिर के ऊपर होता है।

Foundation जब पूर्व-पश्चिम फैली अक्षांश रेखाएँ और उत्तर-दक्षिण फैली देशांतर रेखाएँ ग्लोब या मानचित्र पर एक-दूसरे को 90° के समकोण पर काटती हैं, तो एक चौखानेदार जाल बन जाता है। इस काल्पनिक जाल को भौगोलिक ग्रिड বা भू-ग्रिड (Geographic Grid / Earth's Grid) कहा जाता है।

Scientific Phenomenon भौगोलिक ग्रिड का सबसे महत्वपूर्ण नियम यह है कि पृथ्वी के किसी भी एक निश्चित बिंदु पर केवल एक विशेष अक्षांश और एक विशेष देशांतर ही एक-दूसरे को काट सकते हैं। इस प्रतिच्छेदन बिंदु के मान को उस स्थान के भौगोलिक निर्देशांक (Geographical Coordinates) कहते हैं।

Mechanism निर्देशांक लिखने का मानक नियम:
पहले अक्षांश (उत्तर या दक्षिण) तथा बाद में देशांतर (पूर्व या पश्चिम) लिखा जाता है। सूक्ष्म मापन के लिए प्रत्येक डिग्री (1°) को 60 मिनट (′) में और प्रत्येक मिनट को 60 सेकंड (″) में विभाजित किया जाता है ($1° = 60′$, $1′ = 60″$)।

• कोलकाता (Kolkata): 22°34′ उत्तर अक्षांश एवं 88°22′ पूर्व देशांतर।
• नई दिल्ली (New Delhi): 28°38′ उत्तर अक्षांश एवं 77°13′ पूर्व देशांतर।
• लंदन (London): 51°30′ उत्तर अक्षांश एवं 0°07′ पश्चिम देशांतर।
• काहिरा (Cairo): 30°03′ उत्तर अक्षांश एवं 31°14′ पूर्व देशांतर।

Analysis किसी संकटग्रस्त जहाज या विमान द्वारा भेजा गया आपातकालीन संकट संदेश (SOS) केवल अपने ग्रिड निर्देशांक भेजता है, जिसके आधार पर बचाव दल मीलों दूर समुद्र में भी कुछ ही मिनटों में सीधे घटनास्थल पर पहुँच जाते हैं।

Application आधुनिक भौगोलिक सूचना प्रणाली (GIS) और डिजिटल सैटेलाइट मैपिंग पूरी तरह इसी ग्रिड व्यवस्था पर आधारित हैं।

Foundation पृथ्वी अपने अक्ष पर पश्चिम से पूर्व की ओर 24 घंटे में एक पूरा चक्कर (360° घूर्णन) लगाती है। इसी घूर्णन गति से देशांतर और समय की गणना का सार्वभौमिक गणितीय सूत्र निकलता है।

Scientific Phenomenon समय रूपांतरण के मूल सूत्र:

1. 24 घंटे में पृथ्वी घूमती है = 360° देशांतर।
2. 1 घंटे (60 मिनट) में पृथ्वी घूमती है = $360° \div 24 = 15°$ देशांतर।
3. अतः 1° देशांतर के अंतर पर समय का अंतर = $60 \div 15 = 4$ मिनट होता है।
4. चूँकि 1° = 60′ (आर्क मिनट), अतः 60′ देशांतर के लिए समय = 4 मिनट = 240 सेकंड।
5. अतः 1′ देशांतरीय अंतर पर समय का अंतर = $240 \div 60 = 4$ सेकंड होता है।

Mechanism दिशा का स्वर्णिम नियम:
क्योंकि पृथ्वी पश्चिम से पूर्व दिशा में घूमती है, अतः पूर्व के स्थानों पर सूर्योदय पहले होता है और उनका समय आगे रहता है; जबकि पश्चिम के स्थानों पर सूर्योदय बाद में होता है और उनका समय पीछे रहता है।
• पूर्व की ओर जाने पर: प्रत्येक 1° पर 4 मिनट जोड़े जाते हैं (+)।
• पश्चिम की ओर जाने पर: प्रत्येक 1° पर 4 मिनट घटाए जाते हैं (-)।

स्थानीय समय बनाम मानक समय:

• स्थानीय समय (Local Time): जब किसी देशांतर पर सूर्य आकाश में अपने उच्चतम बिंदु पर होता है, तब वहां दोपहर के 12:00 बजते हैं। इसे उस देशांतर का स्थानीय समय कहते हैं। प्रत्येक देशांतर का स्थानीय समय अलग होता है।
• मानक समय (Standard Time): यदि किसी देश में सभी नगर अपने-अपने स्थानीय समय का पालन करें, तो रेलवे, वायुसेवा और संचार में भारी अव्यवस्था फैल जाएगी। अतः देश के मध्य से गुजरने वाले किसी प्रामाणिक देशांतर के समय को पूरे देश का मानक समय मान लिया जाता है।

Analysis भारतीय मानक समय (Indian Standard Time - IST):
भारत का देशांतरीय विस्तार पश्चिम में गुजरात के गुहार मोती (68°7′ पूर्व) से पूर्व में अरुणाचल प्रदेश के किबिथू (97°25′ पूर्व) तक लगभग 30° देशांतर का है। इस विशाल अंतर के कारण अरुणाचल प्रदेश में जब सूर्योदय होता है, उसके लगभग 2 घंटे बाद ($30 imes 4 = 120$ मिनट) गुजरात में सूर्य दिखाई देता है!
इस अंतर को समाप्त करने के लिए प्रयागराज (इलाहाबाद/मिर्जापुर) से गुजरने वाली 82°30′ पूर्व (82.5°E) देशांतर रेखा को भारत की मानक मध्याह्न रेखा माना गया है।
ग्रीनविच (0°) से भारत के मानक समय का अंतर:
$82.5 imes 4 = 330$ मिनट = 5 घंटे 30 मिनट आगे ($ ext{IST} = ext{GMT} + 5:30$)। जब लंदन में दोपहर के 12 बजते हैं, तब भारत में शाम के 5:30 बजते हैं।

Application रूस में पूर्व-पश्चिम अत्यधिक विस्तार के कारण 11 समय कटिबंध (Time Zones) हैं तथा अमेरिका में 6 समय कटिबंध हैं; किंतु भारत में प्रशासनिक सुगमता हेतु एक ही मानक समय (IST) लागू है।

Foundation ग्रीनविच से पूर्व जाने पर समय जुड़ता है और पश्चिम जाने पर घटता है। जब कोई यात्री 180° देशांतर पर पहुँचता है, तो पूर्व की ओर से समय 12 घंटे आगे और पश्चिम की ओर से 12 घंटे पीछे हो जाता है। इस प्रकार दोनों गणनाओं में पूरे 24 घंटे (1 पूर्ण दिन) का अंतर आ जाता है! इस विसंगति को दूर करने के लिए 1884 में अंतरराष्ट्रीय तिथि रेखा (International Date Line - IDL) निर्धारित की गई।

Scientific Phenomenon अंतरराष्ट्रीय तिथि रेखा प्रशांत महासागर में लगभग 180° देशांतर का अनुसरण करती है। किंतु यह रेखा सर्वत्र सीधी नहीं है, बल्कि कुछ स्थानों पर जानबूझकर टेढ़ी-मेढ़ी (Zigzag) बनाई गई है।

Mechanism तिथि रेखा के टेढ़े-मेढ़े होने का वैज्ञानिक कारण:
यदि यह रेखा सीधी खींची जाती, तो साइबेरिया के पूर्वी छोर, अलास्का के एल्यूशियन द्वीप समूह तथा फिजी, टोंगा व किरिबाती द्वीप समूह दो हिस्सों में बंट जाते—जिससे एक ही देश के एक भाग में रविवार और दूसरे भाग में सोमवार होता! इस नागरिक व प्रशासनिक भ्रम से बचने के लिए इसे केवल समुद्र के ऊपर से गुजारा गया है:

1. उत्तर में साइबेरिया को एक रखने हेतु बेरिंग जलडमरूमध्य में पूर्व की ओर मोड़ा गया।
2. एल्यूशियन द्वीपों को अलास्का के साथ रखने हेतु पश्चिम की ओर मोड़ा गया।
3. दक्षिण प्रशांत में फिजी, टोंगा व किरिबाती को न्यूजीलैंड के साथ रखने हेतु पूर्व की ओर मोड़ा गया।

Analysis तिथि परिवर्तन का अंतरराष्ट्रीय नियम:

• पश्चिम दिशा में पार करने पर (अमेरिका से एशिया/ऑस्ट्रेलिया की ओर): कैलेंडर में 1 दिन जोड़ दिया जाता है (+1 दिन)। जैसे रविवार से सीधे सोमवार हो जाता है।
• पूर्व दिशा में पार करने पर (एशिया/ऑस्ट्रेलिया से अमेरिका की ओर): कैलेंडर में 1 दिन घटा दिया जाता है (-1 दिन)। जैसे सोमवार से पुनः रविवार हो जाता है।

Application ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (GPS):
स्थिति निर्धारण की अत्याधुनिक अंतरिक्ष तकनीक GPS (Global Positioning System) है। अमेरिकी रक्षा विभाग द्वारा विकसित इस प्रणाली में पृथ्वी से लगभग 20,200 किमी की ऊँचाई पर 24 से अधिक उपग्रह निरंतर परिक्रमा कर रहे हैं।
धरातल पर किसी भी बिंदु की सही 3D स्थिति जानने के लिए कम से कम 4 उपग्रहों के सिग्नलों का उपयोग किया जाता है। इसे गणित में ट्राइलेटरेशन (Trilateration) कहते हैं। आपका स्मार्टफोन इन उपग्रहों के रेडियो सिग्नलों के आने के समय को मापकर कुछ ही पलों में आपका सटीक अक्षांश, देशांतर, समुद्र तल से ऊँचाई और समय प्रदर्शित कर देता है। विमानन, समुद्री नौवहन, गूगल मैप्स और ऑनलाइन डिलीवरी ऐप पूरी तरह इसी तकनीक से संचालित होते हैं।