पृथ्वी का परिक्रमण

Foundation पृथ्वी अपनी धुरी पर पश्चिम से पूर्व की ओर 24 घंटे में एक चक्कर लगाने (घूर्णन / दैनिक गति) के साथ-साथ एक निश्चित अंडाकार कक्षा में सूर्य के चारों ओर निरंतर चक्कर लगाती है। सूर्य के चारों ओर घूमने की इस गति को ‘परिक्रमण गति’ या ‘वार्षिक गति’ (Earth's Revolution) कहते हैं। जिस मार्ग पर पृथ्वी सूर्य की परिक्रमा करती है, उसे कक्षा (Orbit) तथा कक्षा जिस काल्पनिक तल में स्थित है, उसे कक्षा-तल (Orbital Plane) कहते हैं। पृथ्वी की कक्षा की कुल लंबाई लगभग 96 करोड़ किलोमीटर है।

Scientific Phenomenon परिक्रमण के दौरान पृथ्वी अंतरिक्ष में अत्यंत तीव्र गति से चलती है। पृथ्वी का औसत कक्षीय वेग लगभग 30 किलोमीटर प्रति सेकंड (लगभग 1,07,000 किमी/घंटा) होता है। सूर्य का एक पूरा चक्कर लगाने में पृथ्वी को 365 दिन 5 घंटे 48 मिनट 46 सेकंड (लगभग 365 दिन 6 घंटे या 365¼ दिन) का समय लगता है। इस अवधि को एक सौर वर्ष (Solar Year) कहा जाता है।

Mechanism सामान्य कैलेंडर में 1 वर्ष को ठीक 365 दिन माना जाता है। इससे प्रत्येक वर्ष लगभग 5 घंटे 48 मिनट 46 सेकंड (लगभग 6 घंटे) की समय-गणना छूट जाती है। इस अंतर को संतुलित करने के लिए प्रत्येक 4 वर्ष में (4 × 6 = 24 घंटे = 1 दिन) एक अतिरिक्त दिन जोड़कर उस वर्ष को 366 दिन गिना जाता है। इस वर्ष को अधिवर्ष या लीप ईयर (Leap Year) कहा जाता है। यह अतिरिक्त 29वाँ दिन फरवरी माह में जोड़ा जाता है।

Analysis लीप ईयर की गणना का सटीक गणितीय नियम:

1. जो सामान्य वर्ष 4 से पूर्णतः विभाजित होते हैं, वे लीप ईयर होते हैं (जैसे: 2024, 2028)।
2. किंतु जिन वर्षों के अंत में दो शून्य होते हैं (अर्थात शताब्दी वर्ष / Century Years, जैसे: 1800, 1900, 2000, 2100), उन्हें केवल 4 से नहीं बल्कि 400 से पूर्णतः विभाजित होना आवश्यक है। इसका कारण यह है कि अतिरिक्त समय ठीक 6 घंटे नहीं, बल्कि 5 घंटे 48 मिनट 46 सेकंड (6 घंटे से 11 मिनट 14 सेकंड कम) होता है। प्रति 4 वर्ष में लगभग 45 मिनट अधिक जुड़ जाते हैं, जो 400 वर्षों में लगभग 3 अतिरिक्त दिनों के बराबर हो जाते हैं। अतः 1600 और 2000 लीप ईयर थे, किंतु 1800, 1900 और 2100 सामान्य वर्ष हैं।

Application यदि लीप ईयर का यह समायोजन न किया जाए, तो प्रत्येक 100 वर्ष में ऋतुएं लगभग 24 दिन आगे खिसक जाएंगी। कुछ ही शताब्दियों में हमारा कैलेंडर ऋतुओं से पूरी तरह अलग हो जाएगा और भीषण अव्यवस्था फैल जाएगी।

Foundation खगोलशास्त्री जोहान्स केपलर के प्रथम नियमानुसार, सौरमंडल के किसी भी ग्रह की कक्षा पूर्ण गोल (वृत्ताकार) नहीं है। पृथ्वी की कक्षा भी थोड़ी अंडाकार या दीर्घवृत्ताकार (Elliptical Orbit) है, जिसके एक केंद्र (Focus) पर सूर्य स्थित है।

Scientific Phenomenon दीर्घवृत्ताकार कक्षा के कारण पूरे वर्ष में सूर्य और पृथ्वी के बीच की दूरी एक समान नहीं रहती:

• सूर्य और पृथ्वी की औसत दूरी 14 करोड़ 96 लाख किलोमीटर (लगभग 15 करोड़ किमी) है, जिसे 1 खगोलीय इकाई (1 AU - Astronomical Unit) कहा जाता है।
• उपसौर (Perihelion): प्रत्येक वर्ष 3 जनवरी को पृथ्वी सूर्य के सबसे निकट होती है। इस दिन यह दूरी घटकर लगभग 14 करोड़ 70 लाख किलोमीटर (147 मिलियन किमी) रह जाती है। ग्रीक शब्द 'Peri' (निकट) तथा 'Helios' (सूर्य) से पेरिहेलियन बना है।
• अपसौर (Aphelion): प्रत्येक वर्ष 4 जुलाई को पृथ्वी सूर्य से सबसे अधिक दूर होती है। इस दिन दूरी बढ़कर लगभग 15 करोड़ 20 लाख किलोमीटर (152 मिलियन किमी) हो जाती है। ग्रीक शब्द 'Apo' (दूर) तथा 'Helios' (सूर्य) से एफेलियन बना है।

Mechanism केपलर के द्वितीय नियम के अनुसार, जब पृथ्वी सूर्य के निकट (उपसौर) होती है तो गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण उसका कक्षीय वेग थोड़ा बढ़कर लगभग 30.3 किमी/सेकंड हो जाता है। जब वह दूर (अपसौर) होती है तो उसका वेग थोड़ा घटकर लगभग 29.3 किमी/सेकंड रह जाता है।

Analysis महत्वपूर्ण वैज्ञानिक तथ्य: 3 जनवरी को पृथ्वी सूर्य के निकटतम होती है, फिर भी उत्तरी गोलार्ध (भारत) में कड़ाके की ठंड क्यों पड़ती है? और 4 जुलाई को दूरी अधिकतम होने पर गर्मी क्यों होती है?
सच्चाई यह है कि उपसौर और अपसौर के बीच की दूरी का अंतर मात्र 50 लाख किलोमीटर (कुल दूरी का केवल 3%) है। यह अल्प अंतर वैश्विक तापमान पर नगण्य प्रभाव डालता है। ऋतु परिवर्तन का वास्तविक कारण पृथ्वी का 66½° अक्षीय झुकाव तथा सूर्य की किरणों का आपतन कोण है! 3 जनवरी को उत्तरी गोलार्ध सूर्य से विपरीत दिशा में झुका होता है, जिससे वहां किरणें बहुत तिरछी पड़ती हैं और दिन छोटे होते हैं; अतः निकटतम दूरी के बावजूद शीत ऋतु होती है।

Application उपसौर में पृथ्वी की तेज गति के कारण उत्तरी गोलार्ध में शीत ऋतु की अवधि (लगभग 89 दिन) ग्रीष्म ऋतु की अवधि (लगभग 93 दिन) से लगभग 4 दिन छोटी होती है।

Foundation पृथ्वी अपनी जिस काल्पनिक धुरी पर घूर्णन करती है, उसे पृथ्वी का अक्ष (Earth's Axis) कहते हैं। इसके दो सिरे उत्तरी ध्रुव (90°N) और दक्षिणी ध्रुव (90°S) कहलाते हैं। पृथ्वी अपने कक्षा-तल पर लंबवत (सीधी) खड़ी होकर नहीं घूमती, बल्कि एक निश्चित कोण पर झुकी हुई है।

Scientific Phenomenon पृथ्वी का अक्ष अपने कक्षा-तल (Orbital Plane) के साथ सदैव 66½° का कोण बनाता है। कक्षा-तल पर खींचे गए लंब (Perpendicular) के साथ पृथ्वी के अक्ष का झुकाव कोण 23½° होता है (क्योंकि 90° - 66½° = 23½°)।

Mechanism परिक्रमण के दौरान पृथ्वी के अक्ष का यह झुकाव कभी नहीं बदलता। अंतरिक्ष में पृथ्वी का अक्ष अपनी पूर्व स्थिति के पूर्णतः समानांतर (Parallelism of Axis) रहता है। साथ ही, पृथ्वी का उत्तरी अक्ष निरंतर आकाश में एक निश्चित तारे—ध्रुवतारे (Polaris / Pole Star) की दिशा में ही इंगित रहता है।

Analysis इस स्थायी 66½° झुकाव और समानांतरता के कारण ही वर्ष के 6 महीने उत्तरी गोलार्ध सूर्य की ओर झुका रहता है (जहाँ किरणें लंबवत पड़ती हैं, दिन बड़े होते हैं और ग्रीष्म ऋतु होती है), जबकि दक्षिणी गोलार्ध सूर्य से दूर रहता है। वर्ष के शेष 6 महीने दक्षिणी गोलार्ध सूर्य की ओर झुक जाता है (जहाँ ग्रीष्म ऋतु होती है) और उत्तरी गोलार्ध सूर्य से दूर हट जाता है (जहाँ शीत ऋतु होती है)।

Application यदि पृथ्वी का अक्ष बिल्कुल सीधा (90° लंबवत) होता, तो पूरे वर्ष पृथ्वी के हर स्थान पर दिन और रात बराबर (12-12 घंटे) होते और पृथ्वी पर कभी कोई ऋतु परिवर्तन नहीं होता! सर्वत्र स्थायी मौसम बना रहता।

Foundation यद्यपि सूर्य स्थिर है और पृथ्वी उसकी परिक्रमा करती है, किंतु पृथ्वी से देखने पर ऐसा आभास होता है कि सूर्य आकाश में वर्ष भर एक निश्चित मार्ग पर गति कर रहा है। सूर्य के इस आभासी वार्षिक पथ को रविमार्ग (Ecliptic) तथा इस संचलन को सूर्य की आभासी वार्षिक गति कहते हैं।

Scientific Phenomenon सूर्य की आभासी स्थिति कर्क रेखा (23½°N) और मकर रेखा (23½°S) के बीच दो छह-मासिक चक्रों में बदलती है:

• उत्तरायण (Uttarayan): 22 दिसंबर से 21 जून तक सूर्य उत्तर की ओर अग्रसर होता है। 21 जून को कर्क रेखा पर पहुँचने पर उत्तरायण पूर्ण होता है।
• दक्षिणायन (Dakshinayan): 21 जून से 22 दिसंबर तक सूर्य दक्षिण की ओर अग्रसर होता है। 22 दिसंबर को मकर रेखा पर पहुँचने पर दक्षिणायन पूर्ण होता है।

Mechanism ऋतु चक्र की चार सबसे महत्वपूर्ण खगोलीय तिथियाँ:

1. 21 मार्च — वसंत विषुव (Vernal Equinox): इस दिन सूर्य भूमध्य रेखा (0°) पर लंबवत चमकता है। प्रकाश-वृत्त सभी अक्षांशों को बराबर भागों में बांटता है, जिससे पूरे विश्व में दिन और रात बराबर (12 घंटे दिन, 12 घंटे रात) होते हैं। उत्तरी गोलार्ध में वसंत और दक्षिणी गोलार्ध में शरद ऋतु होती है।
2. 21 जून — कर्क संक्रांति (Summer Solstice): इस दिन सूर्य कर्क रेखा (23½°N) पर लंबवत चमकता है। उत्तरी गोलार्ध में वर्ष का सबसे लंबा दिन और सबसे छोटी रात होती है। आर्कटिक वृत्त (66½°N) में 24 घंटे का दिन रहता है। उत्तरी गोलार्ध में ग्रीष्म तथा दक्षिणी गोलार्ध में शीत ऋतु होती है।
3. 23 सितंबर — शरद विषुव (Autumnal Equinox): इस दिन सूर्य पुनः भूमध्य रेखा (0°) पर लंबवत चमकता है। सर्वत्र पुनः 12 घंटे दिन और 12 घंटे रात होते हैं। उत्तरी गोलार्ध में शरद ऋतु और दक्षिणी गोलार्ध में वसंत ऋतु होती है।
4. 22 दिसंबर — मकर संक्रांति (Winter Solstice): इस दिन सूर्य मकर रेखा (23½°S) पर लंबवत चमकता है। दक्षिणी गोलार्ध में सबसे लंबा दिन और ग्रीष्म ऋतु होती है; जबकि उत्तरी गोलार्ध में सबसे छोटा दिन और शीत ऋतु होती है। अंटार्कटिक वृत्त में 24 घंटे दिन रहता है।

Analysis 'विषुव' का अर्थ है दिन-रात की समानता। 'Solstice' का अर्थ है 'सूर्य का ठहरना'—क्योंकि इन तिथियों पर सूर्य अपनी चरम सीमा पर पहुँचकर दिशा बदलने से पहले क्षण भर के लिए स्थिर प्रतीत होता है।

Application जब 25 दिसंबर को हम स्वेटर पहनकर कड़ाके की ठंड में क्रिसमस मनाते हैं, तब ऑस्ट्रेलिया और न्यूजीलैंड में चिलचिलाती गर्मी होती है और लोग समुद्र तट पर क्रिसमस का आनंद लेते हैं!

Foundation किसी स्थान पर धरातल कितना गर्म होगा, यह दो मुख्य कारकों पर निर्भर करता है: (1) सूर्य की किरणों का आपतन कोण (Angle of Incidence) तथा (2) दिन की समयावधि। आने वाले इस सौर ताप को सूर्यातप (Insolation - Incoming Solar Radiation) कहा जाता है।

Scientific Phenomenon किरणों के आपतन कोण के दो रूप होते हैं:

• सीधी / लंबवत किरणें (Vertical Rays - 90°): जब किरणें सीधी पड़ती हैं, तो कम क्षेत्रफल पर केंद्रित होती हैं और वायुमंडल की पतली परत से गुजरती हैं। अतः कम ताप नष्ट होता है और तीव्र गर्मी पैदा होती है (उष्णकटिबंध एवं ग्रीष्मकाल)।
• तिरछी किरणें (Slanting / Oblique Rays - <90°): जब किरणें तिरछी पड़ती हैं, तो वे बड़े क्षेत्रफल में फैल जाती हैं और वायुमंडल की मोटी परत से होकर गुजरती हैं, जिससे अवशोषण व प्रकीर्णन में अधिकांश ताप नष्ट हो जाता है और अत्यंत मंद गर्मी मिलती है (ध्रुवीय क्षेत्र एवं शीतकाल)।

Mechanism ध्रुवीय क्षेत्रों की तीन अद्भुत परिघटनाएं:

1. मध्यरात्रि के सूर्य का देश (Land of the Midnight Sun): नॉर्वे का उत्तरी बंदरगाह हैमरफेस्ट (Hammerfest, 70°39'N) आर्कटिक वृत्त में स्थित है। यहाँ मई के मध्य से जुलाई के अंत तक लगभग ढाई महीने तक आधी रात को भी सूर्य अस्त नहीं होता और क्षितिज पर चमकता रहता है। अतः नॉर्वे को 'मध्यरात्रि के सूर्य का देश' कहा जाता है।
2. ध्रुवों पर 6 माह दिन एवं 6 माह रात: 21 मार्च से 23 सितंबर तक उत्तरी ध्रुव पर लगातार 6 महीने का दिन रहता है और दक्षिणी ध्रुव पर लगातार 6 महीने की रात रहती है। 23 सितंबर से 21 मार्च तक दक्षिणी ध्रुव पर 6 माह दिन और उत्तरी ध्रुव पर 6 माह रात रहती है।
3. ध्रुवीय ज्योति (Aurora): 6 महीने की घोर ध्रुवीय रात्रि के दौरान ऊपरी वायुमंडल (आयनमंडल) में सौर पवनों के आवेशित कणों के गैस अणुओं से टकराने पर रंग-बिरंगे प्रकाश की अद्भुत छटा दिखाई देती है। इसे उत्तरी ध्रुव पर सुमेरु ज्योति (Aurora Borealis) तथा दक्षिणी ध्रुव पर कुमेरु ज्योति (Aurora Australis) कहते हैं।

Analysis उत्तरी ध्रुव पर ग्रीष्मकाल में लगातार 6 महीने सूर्य चमकने पर भी बर्फ क्यों नहीं पिघलती? क्योंकि किरणें अत्यधिक तिरछी होती हैं और धवल बर्फ आने वाले सौर ताप का लगभग 80-85% भाग अंतरिक्ष में परावर्तित कर देती है (उच्च एल्बिडो प्रभाव - High Albedo Effect)।

Application आपतन कोण के आधार पर ही पृथ्वी को तीन ताप कटिबंधों में बांटा गया है: उष्ण कटिबंध (0° से 23½°), शीतोष्ण कटिबंध (23½° से 66½°), तथा शीत कटिबंध (66½° से 90°)।