सूर्य के ध्रुवीय क्षेत्र सौर विज्ञान के सबसे कम अन्वेषित क्षेत्रों में से एक हैं। हालाँकि उपग्रहों और भू-आधारित वेधशालाओं ने सूर्य की सतह, वायुमंडल और चुंबकीय क्षेत्र के उल्लेखनीय विवरण कैद किए हैं, लेकिन इनमें से लगभग सभी दृश्य क्रांतिवृत्त तल से आते हैं, जो पृथ्वी और अधिकांश अन्य ग्रहों द्वारा अनुसरण किया जाने वाला संकीर्ण कक्षीय पथ है।
इस सीमित दृष्टिकोण का अर्थ है कि वैज्ञानिकों को सौर ध्रुवों के पास क्या होता है, इसकी केवल सीमित जानकारी है। फिर भी, ये क्षेत्र महत्वपूर्ण हैं। इनके चुंबकीय क्षेत्र और गतिशील गतिविधियाँ सौर चुंबकीय चक्र के केंद्र में हैं और तेज़ सौर पवन को द्रव्यमान और ऊर्जा दोनों प्रदान करती हैं। ये प्रक्रियाएँ अंततः सौर व्यवहार को आकार देती हैं और अंतरिक्ष मौसम को प्रभावित करती हैं जो पृथ्वी तक पहुँच सकता है।
सतह पर, ध्रुव सूर्य के अधिक सक्रिय मध्य-अक्षांशों (लगभग ±35°) की तुलना में शांत प्रतीत हो सकते हैं, जहाँ सौर कलंक, सौर ज्वालाएँ और कोरोनाल द्रव्यमान निष्कासन (सीएमई) आम हैं।
हालाँकि, शोध से पता चलता है कि ध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र वैश्विक सौर डायनेमो में सीधे योगदान करते हैं और सूर्य के द्विध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र को स्थापित करने में मदद करके अगले सौर चक्र की नींव का काम कर सकते हैं।
यूलिसिस मिशन के अवलोकनों से यह भी पता चला कि तेज़ सौर हवा मुख्य रूप से ध्रुवीय क्षेत्रों में विशाल कोरोनाल छिद्रों से उत्पन्न होती है। इस कारण, सौर भौतिकी के तीन सबसे बुनियादी प्रश्नों के समाधान के लिए सूर्य के ध्रुवों का स्पष्ट दृश्य प्राप्त करना आवश्यक है: 1) सौर डायनेमो कैसे काम करता है और सौर चुंबकीय चक्र को कैसे चलाता है?
सौर चुंबकीय चक्र, सौर सतह पर सौर धब्बों की संख्या में होने वाले आवधिक परिवर्तन को संदर्भित करता है, जो आमतौर पर लगभग 11 वर्षों के समय-मान पर होता है। प्रत्येक चक्र के दौरान, सूर्य के चुंबकीय ध्रुवों में परिवर्तन होता है, जिससे उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों की चुंबकीय ध्रुवताएँ बदल जाती हैं।
सूर्य के वैश्विक चुंबकीय क्षेत्र एक डायनेमो प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न होते हैं। इस प्रक्रिया की कुंजी सूर्य का विभेदक घूर्णन है जो सक्रिय क्षेत्रों का निर्माण करता है, और मध्याह्न परिसंचरण है जो चुंबकीय प्रवाह को ध्रुवों की ओर ले जाता है। फिर भी, दशकों से चल रहे सूर्यभूकंपीय अनुसंधानों ने संवहन क्षेत्र के भीतर प्रवाह पैटर्न के बारे में परस्पर विरोधी परिणाम प्रकट किए हैं।
कुछ अध्ययन तो संवहन क्षेत्र के आधार पर ध्रुव की ओर प्रवाह का भी सुझाव देते हैं, जो शास्त्रीय डायनेमो मॉडलों को चुनौती देते हैं। चुंबकीय क्षेत्रों और गतियों के उच्च-अक्षांशीय प्रेक्षण इन मॉडलों को परिष्कृत करने या पुनर्विचार करने के लिए लुप्त साक्ष्य प्रदान कर सकते हैं।
2) तेज़ सौर हवा को कौन चलाता है?
तीव्र सौर वायु - आवेशित कणों की एक सुपरसोनिक धारा - मुख्य रूप से ध्रुवीय कोरोनाल छिद्रों से उत्पन्न होती है, तथा सूर्यमंडल के अधिकांश भाग में व्याप्त होकर अंतरग्रहीय अंतरिक्ष के भौतिक वातावरण पर हावी हो जाती है।
हालाँकि, इस हवा की उत्पत्ति से संबंधित महत्वपूर्ण विवरण अभी भी अनसुलझे हैं। क्या यह हवा कोरोनाल छिद्रों के भीतर घने प्लूम से उत्पन्न होती है या उनके बीच के कम घने क्षेत्रों से? क्या तरंग-चालित प्रक्रियाएँ, चुंबकीय पुनर्संयोजन, या दोनों का कोई संयोजन हवा में प्लाज्मा को त्वरित करने के लिए ज़िम्मेदार है? इस विवाद को सुलझाने के लिए प्रत्यक्ष ध्रुवीय इमेजिंग और इन-सीटू मापन की आवश्यकता है।
3) अंतरिक्ष मौसम की घटनाएँ सौर मंडल में कैसे फैलती हैं?
हेलियोस्फेरिक अंतरिक्ष मौसम, सौर वायु और सौर विस्फोटक गतिविधियों के कारण हेलियोस्फेरिक वातावरण में होने वाली गड़बड़ी को संदर्भित करता है।
बड़े सौर ज्वालाओं और सीएमई जैसी चरम अंतरिक्ष मौसम घटनाएँ, अंतरिक्ष में गंभीर भू-चुंबकीय और आयनमंडलीय तूफानों जैसी पर्यावरणीय गड़बड़ी को महत्वपूर्ण रूप से ट्रिगर कर सकती हैं, साथ ही शानदार ध्रुवीय ज्योति भी उत्पन्न कर सकती हैं, जिससे मानव की उच्च-तकनीकी गतिविधियों की सुरक्षा के लिए गंभीर खतरा पैदा हो सकता है।
इन घटनाओं की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए, वैज्ञानिकों को यह पता लगाना होगा कि चुंबकीय संरचनाएँ और प्लाज़्मा प्रवाह वैश्विक स्तर पर कैसे विकसित होते हैं, न कि केवल सीमित क्रांतिवृत्तीय दृश्य से। क्रांतिवृत्तीय तल से बाहर एक सुविधाजनक बिंदु से अवलोकन करने से क्रांतिवृत्तीय तल में सीएमई प्रसार का अवलोकन प्राप्त होगा।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से सौर ध्रुवीय प्रेक्षणों के महत्व को पहचाना है। 1990 में प्रक्षेपित यूलिसिस मिशन, क्रांतिवृत्त तल से बाहर निकलकर ध्रुवों पर सौर पवन का नमूना लेने वाला पहला अंतरिक्ष यान था। इसके इन-सीटू उपकरणों ने तेज़ सौर पवन के प्रमुख गुणों की पुष्टि की, लेकिन उनमें चित्रांकन क्षमता का अभाव था। हाल ही में, का सौर ऑर्बिटर धीरे-धीरे क्रांतिवृत्त तल से बाहर निकल रहा है और कुछ वर्षों में इसके लगभग 34° अक्षांशों तक पहुँचने की उम्मीद है। हालाँकि यह एक उल्लेखनीय प्रगति है, फिर भी यह वास्तविक ध्रुवीय दृश्य के लिए आवश्यक लाभ से बहुत दूर है।
पिछले दशकों में कई महत्वाकांक्षी मिशन अवधारणाएँ प्रस्तावित की गई हैं, जिनमें सोलर पोलर इमेजर (SPI), पोलर इन्वेस्टिगेशन ऑफ़ द सन (POLARIS), सोलर पोलर ऑर्बिट टेलीस्कोप (SPORT), सोलारिस मिशन और हाई इन्क्लिनेशन सोलर मिशन (HISM) शामिल हैं। कुछ ने उच्च झुकाव तक पहुँचने के लिए उन्नत प्रणोदन, जैसे सौर पाल, का उपयोग करने की कल्पना की थी। अन्य ने अपनी कक्षाओं को क्रमिक रूप से झुकाने के लिए गुरुत्वाकर्षण सहायता पर भरोसा किया। इनमें से प्रत्येक मिशन सूर्य के ध्रुवों का चित्र लेने और ध्रुवों के ऊपर प्रमुख भौतिक मापदंडों को मापने के लिए सुदूर-संवेदी और इन-सीटू उपकरण, दोनों ले जाएगा।
सौर ध्रुवीय-कक्षा वेधशाला (एसपीओ) को विशेष रूप से पिछले और वर्तमान मिशनों की सीमाओं को पार करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जनवरी 2029 में प्रक्षेपण के लिए निर्धारित, एसपीओ अपने प्रक्षेप पथ को क्रांतिवृत्त तल से बाहर मोड़ने के लिए गुरुत्वाकर्षण सहायता (जेजीए) का उपयोग करेगा।
पृथ्वी के कई चक्कर लगाने और बृहस्पति के साथ एक सावधानीपूर्वक नियोजित मुठभेड़ के बाद, अंतरिक्ष यान लगभग 1 एयू के पेरिहेलियन और 75° तक के झुकाव के साथ 1.5 वर्ष की कक्षा में स्थापित हो जाएगा। अपने विस्तारित मिशन में, एसपीओ 80° तक चढ़ सकता है, जिससे ध्रुवों का अब तक का सबसे सीधा दृश्य प्राप्त होगा।
मिशन का 15 साल का जीवनकाल (जिसमें 8 साल की विस्तारित मिशन अवधि भी शामिल है) इसे सौर न्यूनतम और अधिकतम, दोनों को कवर करने की अनुमति देगा, जिसमें 2035 के आसपास की महत्वपूर्ण अवधि भी शामिल है जब अगला सौर अधिकतम और अपेक्षित ध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र उत्क्रमण होगा। पूरे जीवनकाल के दौरान, एसपीओ बार-बार दोनों ध्रुवों के ऊपर से गुज़रेगा, और विस्तारित उच्च-अक्षांश अवलोकन खिड़कियाँ 1000 दिनों से अधिक समय तक चलेंगी।
एसपीओ मिशन का लक्ष्य ऊपर उल्लिखित तीन वैज्ञानिक प्रश्नों पर सफलता प्राप्त करना है। अपने महत्वाकांक्षी उद्देश्यों को पूरा करने के लिए, एसपीओ कई रिमोट-सेंसिंग और इन-सीटू उपकरणों का एक समूह ले जाएगा।
साथ में, वे सूर्य के ध्रुवों का एक व्यापक दृश्य प्रदान करेंगे। रिमोट-सेंसिंग उपकरणों में सतह पर चुंबकीय क्षेत्रों और प्लाज्मा प्रवाह को मापने के लिए चुंबकीय और हेलियोसिस्मिक इमेजर (एमएचआई), सौर ऊपरी वायुमंडल में गतिशील घटनाओं को पकड़ने के लिए एक्सट्रीम अल्ट्रावायलेट टेलीस्कोप (ईयूटी) और एक्स-रे इमेजिंग टेलीस्कोप (एक्सआईटी), सौर कोरोना और सौर वायु धाराओं को 45 सौर त्रिज्याओं (1 एयू पर) पर ट्रैक करने के लिए विज़िबल-लाइट कोरोनाग्राफ (विस्कोर) और वेरी लार्ज एंगल कोरोनाग्राफ (वीएलएसीओआर) शामिल हैं।
इन अवलोकनों को संयोजित करके, एसपीओ न केवल पहली बार ध्रुवों की छवियां लेगा, बल्कि उन्हें प्लाज्मा और चुंबकीय ऊर्जा के प्रवाह से भी जोड़ेगा, जो हेलियोस्फीयर को आकार देते हैं।
एसपीओ अलग से काम नहीं करेगा। उम्मीद है कि यह सौर मिशनों के बढ़ते बेड़े के साथ मिलकर काम करेगा। इनमें स्टीरियो मिशन, उपग्रह, (एसडीओ), इंटरफेस रीजन इमेजिंग स्पेक्ट्रोग्राफ (आईआरआईएस), उन्नत अंतरिक्ष-आधारित सौर वेधशाला (एएसओ-एस), सौर ऑर्बिटर, आदित्य-एल1 मिशन, पंच मिशन, और साथ ही आगामी एल5 मिशन (जैसे, ईएसए का विजिल मिशन और चीन का एलएवीएसओ मिशन) शामिल हैं।
ये सभी मिलकर एक अभूतपूर्व अवलोकन नेटवर्क का निर्माण करेंगे। एसपीओ का ध्रुवीय लाभ, मानव इतिहास में पहली बार सूर्य की लगभग 4π वैश्विक कवरेज को सक्षम करते हुए, इस कमी को पूरा करेगा।
सूर्य हमारा सबसे नज़दीकी तारा है, फिर भी कई मायनों में यह अभी भी एक रहस्य है। एसपीओ के साथ, वैज्ञानिक इसके कुछ गहरे रहस्यों को उजागर करने के लिए तैयार हैं। सौर ध्रुवीय क्षेत्र, जो कभी दृष्टि से छिपे हुए थे, अंततः प्रकाश में आ जाएँगे, जिससे पृथ्वी पर जीवन को बनाए रखने वाले तारे के बारे में हमारी समझ में एक नया आयाम जुड़ जाएगा।
एसपीओ के निहितार्थ अकादमिक जिज्ञासा से कहीं आगे तक फैले हुए हैं। सौर डायनेमो की गहरी समझ सौर चक्र की भविष्यवाणियों को बेहतर बना सकती है, जो बदले में अंतरिक्ष मौसम के पूर्वानुमानों को प्रभावित करती है।
तेज़ सौर पवन की जानकारी से हेलियोस्फेरिक वातावरण का मॉडल बनाने की हमारी क्षमता बढ़ेगी, जो अंतरिक्ष यान डिज़ाइन और अंतरिक्ष यात्री सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण है।
सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि अंतरिक्ष मौसम की घटनाओं की बेहतर निगरानी आधुनिक तकनीकी अवसंरचना की रक्षा करने में मदद कर सकती है - नेविगेशन और संचार उपग्रहों से लेकर विमानन और स्थलीय ऊर्जा प्रणालियों तक।
