वारा सुटला सू सू सूऽम

ह्या आधीचा लेख - आभाळ वाजलं धडाSडधूम 

भाग२ 
वारा सुटला सू सू सूऽम

आकाशात चमकणा-या विजेबद्दल जाणून घ्यायचे असेल तर आधी ही विद्युल्लता निर्मिणा-या पावसाळी गर्जनाकारी मेघाच्या (Thundercloud) रचनेबद्दल थोडे जाणून घेणे आवश्यक ठरते. आकृती १ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे गर्जनाकारी मेघाची सर्वसाधारण रचना असते. जलाभारामुळे पावसाळी मेघ भूपृष्ठापासून फार उंचीवर नसतात. भूपृष्ठापासून साधारण २ ते १२ किलोमीटर दरम्यान हे ढग पसरलेले असतात. हे ढग तयार होण्यासाठी अस्थिर (atmospheric instability) वातावरणामध्ये बाष्प आणि प्रबळ ऊर्ध्वगामी वा-याची (strong convective wind) उपस्थिती आवश्यक असते. ऊर्ध्वगामी वा-याबरोबर वरच्या दिशेने प्रवास करणारी ऊबदार आणि दमट हवा प्रसरण पावून थंड झाल्यामुळे हवेतील बाष्प गोठून (condensation) ढग तयार होतात. प्रबळ ऊर्ध्वगामी वा-यामुळे ढगांत बाष्प गोठून तयार झालेले असंख्य जलकण खाली न पडता ढगात तरंगत (suspended) राहतात. ढग बाष्पसंपृक्त (moisture saturated) झाल्यावर हे जलकण पावसाच्या थेंबांच्या स्वरूपात खाली पडतात.

आकृती १ – सक्रिय (active) गर्जनाकारी मेघाचा उभा छेद. मेघातील प्रभारांचे उंचीनुसार (डावीकडील मापनश्रेणी) वितरण व मेघाचे तापमान व मेघातील पाण्याची अवस्था (उजवीकडील मापनश्रेणी) दर्शविलेली आहे.
(Fleagle, R.G., Businger, J.A., 1980, ‘An Introduction to Atmospheric Physics’, second edition, International Geophysics Series Vol. 25, pp 138, Academic Press. येथून सुधारित)

ढगांतील जलकण हे बर्फ, हिम व पाणी ह्या स्वरूपात ढगांतील हवेच्या तापमानानुसार पसरलेले असतात. सर्व ढग काही प्रमाणात विद्युतभारित असतात. गर्जनाकारी ढग हे मोठ्या प्रमाणात विद्युतभारित असल्याने ह्या विद्युतभारित मेघकणांचे (cloud droplets)विभाजन होऊन वादळनिर्मिती करण्यास हे ढग सक्षम होतात. ह्या ढगांच्या खालच्या भागात ऋण तर वरच्या भागात धन प्रभार असतो. सक्रिय गर्जनाकारी ढगांमध्ये वरच्या भागात +२४ कूलंब (Coulomb), खालच्या भागात -२० कूलंब तर तळाशी साधारण +४ कूलंब एवढा प्रभार असतो. गर्जनाकारी ढगांची उभी खोली साधारणत: १० किलोमीटर एवढी असते. ह्या ढगांमध्ये पाणी हे अतिशीत जल* (supercooled water) आणि हिमाकणांच्या स्वरूपात असते. बरेचदा ढगाच्या विद्युतीकरणापाठोपाठ ढगातल्या ढगात गारा आणि हिमाचा वर्षाव (precipitation) होतो. ढगांमधे विद्युतप्रभारांची निर्मिती का व कशी होती ह्याबद्दल अनेक सिद्धांतवाद प्रचलित आहेत. ढगांमधील हिमकणांचे अस्तित्व आणि विद्युतीकरणाचा (electrification) दृढसंबंध आहे असे मानणारे काही विद्युतीकरण सिद्धांत जास्त प्रमाणात प्रचलित आहेत. ह्या वादांचे विस्तृत स्पष्टीकरण प्रस्तुत लेखाच्या मर्यादेबाहेर असल्याने येथे दिलेले नाही.

विरुद्ध प्रभारांमध्ये आकर्षण असते. ढगांतील विरुद्ध प्रभारयुक्त विभागांमध्ये, दोन ढगांमधल्या विरुद्ध प्रभारयुक्त विभागांमध्ये वा ढग व जमीनीवरील वस्तू (मनोरा, इमारत, झाड वगैरे) यांदरम्यान निर्माण होणा-या आकर्षणाचा परिणाम विप्रभारामध्ये होतो आणि वीज कडाडते.

ह्यापुढील लेख – वीज चमकली चक् चक् चक्

*अतिशीत जल – शून्य अंश सेल्सियस तापमानापेक्षा कमी तापमान असतानाही द्रवावस्थेत असणा-या पाण्यास अतिशीत जल असे म्हणतात. पाणी सामान्यतः शून्य अंश सेल्सियस ला गोठते. पाणी गोठण्यासाठी आधी पुरेसे जलकण एकत्र येऊन हिमगर्भ (Ice Nuclei) तयार व्हावे लागतात. ह्या हिमगर्भांची रचना स्फटिकी (crystalline) असते. ढगांमध्ये जोरदार ऊर्ध्वगामी वा-यामुळे पाणी हे सूक्ष्म जलकणांच्या रूपात असते. ढगामध्ये तापमान शून्याच्या खाली गेले तरीही वा-याच्या जोरामुळे पुरेसे जलकण एकत्र येऊन हिमगर्भ तयार होण्याच्या प्रक्रियेचा वेग फारच मंद असतो. त्यामुळे हे जलकण अतिशीत जलाच्या स्वरूपात रहातात. मात्र पुरेसे अतिशीत जलकण एकत्र आल्यास लगेच हिमगर्भ तयार होतो व गोठणप्रक्रियेस सुरुवात होते. अतिशीत जलकणांचा हिमगर्भाशी संपर्क आला की ते हिमगर्भावर जमा होऊन (deposition) त्वरित गोठतात. अशा प्रकारे अनेक जलकणांचे गोठण होऊन त्यांच्या आकारमानानुसार हिमकण अथवा गारा तयार होतात. 

आभाळ वाजलं धडाऽडधूम

भाग१
आभाळ वाजलं धडाऽडधूम

वीज चमकतानाचे आकाशातील दृश्य विलोभनीय खरेच. विजेचा चमचमाट, ढगांचा गडगडाट आणि पाऊस म्हणजे आपल्या जीवनाचे अविभाज्य घटकच. ही वीज आकाशात कशी निर्माण होते, वातावरणातील वीज म्हणजे काय? वीज चमकते, पडते म्हणजे नक्की काय होते? ह्या आणि अशा प्रश्नांची उत्तरे (काहीप्रमाणात) देण्यासाठी हा लेखप्रपंच. ही एकूण चार भागांची लेखमाला आहे.

वातावरणीय विद्युत हा एक स्वतंत्र संशोधनाचा विषय गेल्या दोन शतकांपासून शास्त्रज्ञांना भुरळ घालीत आहे. आकाशात चमकणारी वीज ही खरोखरच वीज असते का? ती कशी आणि का तयार होते? ती मोजता येईल का? असे असंख्य प्रश्न शास्त्रज्ञांना भेडसावित होते. आकाशात वाकडीतिकडी पळणारी ही वीज कधीकधी जमिनीवर येऊन काहींचे प्राणही घेत असल्यामुळे ह्या विजेवर अधिक संशोधन गरजेचे होते. तंत्रज्ञानात प्रगती होऊन आकाशात विमाने आणि कृत्रिम उपग्रहांच्या भरा-या सुरू झाल्या तेंव्हा तर ह्या आकाशस्थ विजेबाबतीतील संशोधनाचे महत्त्व अधिकच वाढले.

आकाशात चमकणारी वीज ही खरोखरीच वीज असते का? ह्या प्रश्नाचा शोध घेण्यासाठी सर्वप्रथम प्रयोग करण्याचे श्रेय बेंजामिन फँकलिन ह्या अमेरिकी शास्त्रज्ञाला दिले जाते. बेंजामिन फ्रँकलिन ने त्याचा मुलगा विल्यम ला हाताशी घेऊन एक प्रयोग केला. ढगांचा गडगडाट आणि विजेचा कडकडाट होत असताना ह्या दोघांनी घरी बनविलेला एक पतंग उडविण्यास सुरूवात केली. ह्या पतंगाची दोरी रेशमी होती आणि तिला थोड्या खालच्या बाजूला एक धातूची किल्ली लटकवलेली होती. हा पतंग वादळात उडत असताना मध्येच वीज चमकली आणि त्याबरोबरच पतंगाच्या दोरीला अडकविलेल्या किल्ली मधून ठिणगी उडाली. पावसात भिजल्याने ओल्या झालेल्या रेशमाच्या दोरीने विद्युतवाहकाचे (conductor) कार्य केले. दोरीतून वाहिलेल्या विजेची धातूच्या किल्लीतून उडालेली ठिणगी स्पष्ट दिसली.

अठराव्या शतकाच्या उत्तरार्धात फ्रँकलिनने विद्युत्पात घडवून आणण्यासाठी एका प्रयोगाची आखणी केली. ह्या प्रयोगामुळेच फ्रँकलिनला विद्युतदांड्याचा (lightning rod) निर्माता म्हणून प्रसिद्धी मिळाली. हा प्रयोग फ्रँकलिनच्या ‘मेघ हे विद्युतप्रभारित असतात’ ह्या सिद्धांतावर आधारित होता. ह्या प्रयोगाच्या आखणीनुसार वादळादरम्यान एका व्यक्तीने विद्युतरोधक (insulated) मचाणावर एका हातात लोखंडी दांडा धरून उभे रहावे. दुस-या हातात धातूची जमिनीला जोडलेली तार धरावी. तारेचे हातात धरण्याचे टोक मेणबत्तीमध्ये खुपसून ती मेणबत्ती त्याने हातात धरावी. तारेचे टोक हातात धरल्याने विजेचा झटका बसू नये म्हणून मेणाच्या विद्युतरोधनाच्या ( electrical insulating property) गुणधर्माचा वापर केला होता. आकाशात वीज चमकत असताना मेणबत्ती धरलेला हात आणि जमीन यादरम्यान विद्युत विप्रभार (discharge) होताना पाहणे हा फ्रँकलिनच्या प्रयोगाचा उद्देश होता. जर ढग हे विद्युतभारित (electrically charged) असतील तर हातातील लोखंडी दांडा आणि जमिनीला जोडलेल्या तारेदरम्यान ठिणगी उडताना दिसावयास हवी, असे प्रयोगामागील तत्त्व होते.

मात्र काहींच्या मते सर्वप्रथम हा प्रयोग करण्याचे श्रेय डी अलिबार्ड आणि डी लोर्स ह्या फ्रेंच वैज्ञानिक जोडीकडे जाते. त्यांच्या मते ह्या जोडीने फँकलिनच्या आधी ह्या प्रयोगाची यशस्वी चाचणी केली होती. फ्रँकलिनच्या प्रयोगानंतर अनेकांनी तसे प्रयोग करण्याचे प्रयत्न केले. मात्र विजेचे प्रयोग म्हणजे प्राणाशी खेळच. अशाच एका प्रयोगात रशियन वैज्ञानिक प्रा. जॉर्ज रिचमन यांना वीज पडून प्राण गमवावे लागले.

फ्रँकलिनच्या प्रयोगामुळे आकाशातील विद्युल्लता म्हणजे स्थैतिक विद्युत विप्रभारण (discharge of static electricity) असते असे सिद्ध झाले असले तरीही ह्या विद्युल्लतेच्या सिद्धांतांमध्ये गेल्या दीडशे वर्षांत बरीच सुधारणा/बदल झाले आहेत. विद्युल्लतापात होत असताना पडणा-या विजेचे मोजमाप, वातावरणाच्या तापमानात होणारा क्षणिक बदल, वीज पडू नये म्हणून/पडल्यावर घ्यावयाची काळजी वगैरे विषयांचे ज्ञान विविध प्रयोगांच्या माध्यमातून उलगडले गेले आहे. तरीही विद्युल्लतापात का होतो? ह्या प्रश्नाचे संपूर्ण आणि समाधानकारक उत्तर शास्त्रज्ञांना अजूनही सापडलेले नाही.

ह्यापुढील लेख – वारा सुटला सू सू सूSम