ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश

ह्यापूर्वी – भाग १- चंद्र नसता तर..
भाग २- मिलॅंकोविच सिद्धांत

चंद्राचे महत्त्व

भाग ३ – ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश

प्रत्येक देशाचा जसा अर्थसंकल्प असतो, तसा पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प (Radiation Budget) असतो. अर्थसंकल्पानुसार तो केवळ वर्षिकच नव्हे तर दैनिक, मौसमी व द्वादशवार्षिकही असतो. विविध पृष्ठभाग हे विविध प्रमाणात प्रारणे (त्यात दृश्य प्रकाशाबरोबरच इतर म्हणजे अतिनील (ultraviolet), अवरक्त (infrared) वगैरे प्रारणांचा समावेश होतो) परावर्तित करतात. हिमाच्छादित पृष्ठभाग त्यावर पडलेल्या प्रारणांपैकी बराचसा भाग परावर्तित करतो आणि थोडाच भाग शोषून घेतो. तर, पाण्याने बनलेला पृष्ठभाग बराचसा भाग शोषून घेतो आणि थोडासा परावर्तित करतो. त्याचप्रमाणे गवताळ पृष्ठभाग, वृक्षाच्छादित पृष्ठभाग, सिमेंट ने बनलेला पृष्ठभाग, माती हे ही वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रारणे परावर्तित करतात. (आकृती ३ पाहा.) एखाद्या पृष्ठभागावर पडलेल्या प्रारणांचा जो अंश परावर्तित होतो त्या अंशास त्या पृष्ठभागाचा परिवर्तनांक (Albedo) म्हणतात. पृष्ठभागाच्या गुणधर्मानुसार त्याचा परिवर्तनांक ० ते १ च्या दरम्यान असतो.

आकृती ३. पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पातील प्रमुख घटक ( eoweb.larc.nasa.gov येथून सुधारित.)

पृष्ठभागाचा परिवर्तनांक =  (पृष्ठभागाने परावर्तित केलेल्या प्रारणाची राशी) / (पृष्ठभागावर पडलेल्या एकूण प्रारणाची राशी)

द्वादशवार्षिक प्रकाशसंकल्प हा सौरडागांच्या ११ ते १२ वर्षांच्या चक्रावर अवलंबून असतो. सौरडागांची संख्या वाढली की सौरऊर्जेमध्ये वाढ होते व त्याचा परिणाम पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पावर होतो.

पृथ्वीचा पृष्ठभाग विविध गोष्टींनी व्यापलेला आहे. भूपृष्ठाचा परिवर्तनांक हा वातावरणाच्या परिवर्तनांकाहून भिन्न असतो. वातावरणातील घन कण (परागकण, धूलिकण, वगैरे), बाष्पराशी व ढग हे वातावरणाचा आणि भूपृष्ठाचा ऊर्जासंकल्प ठरवण्यामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात. वातावरणातील घन कणांमुळे आणि विशेषतः ढगांमुळे, सौरप्रारणे अवकाशात आणि भूपृष्ठाकडे परावर्तित होतातच, शिवाय भूपृष्ठाने परावर्तित केलेल्या प्रारणांचा काही भागही हे ढग भूपृष्ठाच्या दिशेने पुनःपरावर्तित करतात. अशाप्रकारे ढगांना पृथ्वी व वातावरण मिळून तयार होणाऱ्या संयुक्त संस्थेच्या ऊर्जासंकल्पामध्ये मोठे महत्त्व आहे. ढगांच्या भूपृष्ठापासूनच्या उंचीवर ढगातील बाष्पाचे, पाण्याचे वा हिमकणांचे प्रमाण ठरत असल्यामुळे ढगांच्या संख्येबरोबरच ढगांच्या प्रकारालाही ऊर्जासंकल्पामध्ये महत्त्व आहे.

पृथ्वी-वातावरण संयुक्त संस्थेचा सरासरी परिवर्तनांक ०.३ आहे. ह्याचा अर्थ सूर्याकडून आलेल्या एकूण प्रारणांपैकी ३० टक्के प्रारणे पृथ्वी व वातावरणाकडून परावर्तित होतात तर ७०% प्रारणे ग्रहण केली जातात. ही ग्रहण झालेली प्रारणऊर्जा (Radiation Energy) वातावरण ‘चालवते’ असे म्हणता येईल. मात्र पृथ्वीचा परिवर्तनांक मोजण्याचे अचूक तंत्रज्ञान उपलब्ध नाही. त्यामुळे विविध प्रकारचे पृष्ठभाग हे पृथ्वीचा किती भाग व्यापतात ह्याचा अंदाज व त्या पृष्ठभागांचा सरासरी परिवर्तनांक किती आहे ह्याचा अंदाज बांधून पृथ्वीचा परिवर्तनांक व पर्यायाने प्रकाशसंकल्प ठरवला जातो. प्रकाशसंकल्पामध्ये पृथ्वी व वातावरणाने ग्रहण केलेली ऊर्जा व परावर्तित केलेली ऊर्जा ह्याचा ताळमेळ राहिला नाही तर त्याचा जाणवणारा परिणाम म्हणजे तापमानवाढ वा तापमानघट. पृथ्वीय  प्रकाशसंकल्पाचा जागतिक हवामानावर परिणाम होतो हे वेगळे सांगायला नकोच.

आकृती ४. पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प. पृथ्वीकडे येणारी सौरऊर्जा व पृथ्वीने बाहेर टाकलेली ऊर्जा यांतील ताळमेळ. (marine.rutgets.edu येथून सुधारित.)

पृथ्वी ज्याप्रमाणे सूर्यप्रकाश आणि चंद्रप्रकाश अनुभवते त्याप्रमाणे चंद्र हा सूर्यप्रकाश व पृथ्वीप्रकाश अनुभवतो. चंद्रप्रकाश म्हणजे चंद्राने परावर्तित केलेला सूर्यप्रकाश असतो, त्याप्रमाणे पृथ्वीप्रकाश म्हणजे पृथ्वीने परावर्तित केलेला सूर्यप्रकाश. चंद्राची कोर आकाशात दिसते त्यावेळी चंद्राचा अंधारलेला भाग हा पूर्ण काळा न दिसता तांबूस दिसतो त्याचे कारण म्हणजे त्याभागावर पडलेला पृथ्वीप्रकाश (Earthshine). वैज्ञानिकांच्या असे लक्षात आले आहे की ह्या पृथ्वीप्रकाशाची तीव्रता आणि पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प ह्यांचा परस्परसंबंध आहे. त्यामुळे अमावस्येच्या जवळच्या दिवसांमध्ये चंद्राच्या अंधारलेल्या भागाचा तांबूसपणा (पृथ्वीप्रकाश) मोजता आला तर पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पाविषयी चांगला अंदाज बांधता येऊ शकेल.

१९८४ सालापासून अशाप्रकारे पृथ्वीप्रकाशाचे मापन करण्यात येत आहे. ह्या पृथ्वीप्रकाशाचा आणि कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने मापन होत असलेल्या मेघावरणाचा (cloud cover) काही परस्पर संबंध आहे का ह्याबद्दल संशोधन सुरू आहे. न्यूजर्सी तंत्रज्ञान महाविद्यालयामधील काही वैज्ञानिकांनी पृथ्वीप्रकाश मोजण्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये सुधारणा घडवून आणली आहे. त्यांनी केलेल्या पृथ्वीप्रकाशाच्या मापनामधून असे आढळले आहे की ऋतूनुसार सरासरी पृथ्वीप्रकाशामधे २० टक्क्यांपर्यंत बदल होतो. १९८५ ते १९९५ च्या दरम्यान पृथ्वीच्या परिवर्तनांकामध्ये घट होत गेलेली आढळली. परिवर्तनांक कमी म्हणजे परावर्तित झालेली ऊर्जा कमी, म्हणजेच ग्रहण केली गेलेली ऊर्जा अधिक आणि ह्याचा परिणाम म्हणजे जागतिक तापमानवाढ. मात्र २००० पासून परिवर्तनांकामध्ये पुन्हा वाढ होत असल्याचे आढळले आहे.

पृथ्वीप्रकाश हा ढगांच्या संख्येवर, प्रकारांवर आणि निर्मितीदरावर अधिक प्रकाश टाकेल अशी हवामानतज्ज्ञांस अपेक्षा वाटते. २००० पासून होत असलेल्या परिवर्तनांकवाढीचे मूळ मेघावरणातील नैसर्गिक बदलामध्येही असू शकेल.

चंद्राने परावर्तित केलेला पृथ्वीप्रकाश अशाप्रकारे पृथ्वीय हवामानाचे निरीक्षण करण्यासाठी उपयुक्त ठरत आहे.

वरदा व. वैद्य, एप्रिल २००५ । Varada V. Vaidya, April 2005

ह्यापुढे – भरती-ओहोटी आणि हवामान