વાતાવરણીય વક્રીભવન (Atmospheric Refraction) 20 MCQ સાથે
વાતાવરણીય વક્રીભવન
1. પ્રસ્તાવના: વાતાવરણીય વક્રીભવન એટલે શું?
આપણે જાણીએ છીએ કે જ્યારે પ્રકાશનું કિરણ એક માધ્યમમાંથી બીજા માધ્યમમાં પ્રવેશે છે, ત્યારે તે વાંકું વળે છે. આ ઘટનાને વક્રીભવન કહે છે. પૃથ્વીની આસપાસ હવાનું આવરણ (વાતાવરણ) આવેલું છે. આ વાતાવરણ બધે જ એકસમાન હોતું નથી.
પૃથ્વીના વાતાવરણની ભૌતિક પરિસ્થિતિ સ્થિર હોતી નથી. હવાના જુદા જુદા સ્તરોની ઘનતા અને તાપમાન અલગ અલગ હોય છે. ગરમ હવા ઠંડી હવા કરતા પાતળી હોય છે અને તેનો વક્રીભવનાંક ઠંડી હવા કરતા ઓછો હોય છે.
વાતાવરણીય વક્રીભવનને કારણે કુદરતમાં ઘણી અદ્ભુત ઘટનાઓ જોવા મળે છે, જેવી કે તારાઓનું ટમટમવું, સૂર્યોદય વહેલો થવો અને સૂર્યાસ્ત મોડો થવો.
2. તારાઓનું ટમટમવું (Twinkling of Stars)
રાત્રે આકાશમાં જોતા તારાઓ ટમટમતા દેખાય છે, પરંતુ ગ્રહો ટમટમતા નથી. આ ઘટના પાછળનું મુખ્ય કારણ વાતાવરણીય વક્રીભવન છે. ચાલો તેને ઊંડાણપૂર્વક સમજીએ.
પ્રકાશનો માર્ગ:
તારાઓ પૃથ્વીથી ખૂબ જ દૂર આવેલા છે, તેથી તેમને આપણે પ્રકાશના બિંદુવત ઉદગમસ્થાન (Point Source) તરીકે ગણી શકીએ છીએ. જ્યારે તારામાંથી આવતો પ્રકાશ પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પ્રવેશે છે, ત્યારે તે શૂન્યાવકાશ (પાતળા માધ્યમ) માંથી હવા (ઘટ્ટ માધ્યમ) માં પ્રવેશે છે.
વક્રીભવનની પ્રક્રિયા:
- જેમ જેમ પ્રકાશ પૃથ્વીની સપાટી નજીક આવે છે, તેમ તેમ હવાની ઘનતા વધતી જાય છે (વક્રીભવનાંક વધે છે).
- વક્રીભવનના નિયમ મુજબ, પાતળા માધ્યમમાંથી ઘટ્ટ માધ્યમમાં આવતું કિરણ લંબ તરફ વાંકું વળે છે.
- આને કારણે, તારાનું મૂળ સ્થાન થોડું ઉપર (ક્ષિતિજથી ઉપર) દેખાય છે. એટલે કે, તારાનું આભાસી સ્થાન (Apparent Position) તેના વાસ્તવિક સ્થાન કરતા થોડું અલગ હોય છે.
ટમટમવાનું કારણ:
પૃથ્વીનું વાતાવરણ ક્યારેય સ્થિર હોતું નથી. પવન, તાપમાન અને અન્ય પરિબળોને કારણે હવાની ઘનતા સતત બદલાતી રહે છે.
આથી, તારામાંથી આપણી આંખમાં પ્રવેશતા પ્રકાશના કિરણોનો માર્ગ સતત બદલાયા કરે છે. કેટલીકવાર તારો વધુ તેજસ્વી દેખાય છે (જ્યારે વધુ કિરણો આંખમાં પ્રવેશે), તો કેટલીકવાર તે ઝાંખો દેખાય છે (જ્યારે ઓછા કિરણો આંખમાં પ્રવેશે). પ્રકાશની આ વધઘટને કારણે તારાઓ ટમટમતા લાગે છે.
3. ગ્રહો કેમ ટમટમતા નથી?
આ પ્રશ્ન પરીક્ષા માટે ખૂબ મહત્વનો છે. ગ્રહો તારાઓની સરખામણીમાં પૃથ્વીની ઘણા નજીક આવેલા છે.
જો આપણે ગ્રહને અનેક બિંદુવત પ્રકાશ ઉદગમોના સમૂહ તરીકે ગણીએ, તો એક બિંદુમાંથી આવતા પ્રકાશમાં થતો ફેરફાર બીજા બિંદુમાંથી આવતા પ્રકાશના ફેરફાર દ્વારા નાબૂદ (Nullify) થઈ જાય છે.
દાખલા તરીકે, એક બિંદુ ઝાંખું થાય ત્યારે બીજું બિંદુ તેજસ્વી બને છે. પરિણામે, આપણી આંખમાં પ્રવેશતા કુલ પ્રકાશનું સરેરાશ પ્રમાણ લગભગ અચળ રહે છે. તેથી, ગ્રહો ટમટમતા નથી.
4. વહેલો સૂર્યોદય અને મોડો સૂર્યાસ્ત
વાતાવરણીય વક્રીભવનને કારણે સૂર્ય આપણને વાસ્તવિક સૂર્યોદય કરતા લગભગ 2 મિનિટ વહેલો દેખાય છે અને વાસ્તવિક સૂર્યાસ્ત પછી પણ લગભગ 2 મિનિટ સુધી દેખાય છે.
કારણ:
- સૂર્યોદય કે સૂર્યાસ્ત સમયે સૂર્ય ક્ષિતિજ (Horizon) ની નજીક હોય છે.
- સૂર્યના કિરણો જ્યારે શૂન્યાવકાશમાંથી પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પ્રવેશે છે ત્યારે વક્રીભવન પામીને જમીન પર ઉભેલા અવલોકનકારની આંખ સુધી પહોંચે છે.
- આ વક્રીભવનને કારણે સૂર્ય તેના મૂળ સ્થાન કરતા થોડો ઉપર દેખાય છે.
- આમ, જ્યારે સૂર્ય ખરેખર ક્ષિતિજની નીચે હોય છે, ત્યારે પણ વક્રીભવનને કારણે તે આપણને ક્ષિતિજની ઉપર દેખાય છે.
5. અગ્નિની ઉપર હવાનું કંપન
તમે જોયું હશે કે હોળીના તાપણા અથવા કોઈ ગરમ સપાટીની ઉપરની હવામાંથી જોતા પાછળની વસ્તુઓ હલતી કે કંપતી દેખાય છે.
કારણ: અગ્નિની તરત જ ઉપર રહેલી હવા ગરમ હોય છે. ગરમ હવા તેની ઉપરની ઠંડી હવા કરતા પાતળી (હલકી) હોય છે અને તેનો વક્રીભવનાંક ઠંડી હવા કરતા ઓછો હોય છે.
અહીં વક્રીભવનાંક સ્થિર ન રહેતા સતત બદલાતો રહે છે. તેથી, ગરમ હવામાંથી પસાર થઈને આવતા પ્રકાશના કિરણોનું વારંવાર વક્રીભવન થાય છે અને વસ્તુનું આભાસી સ્થાન સતત બદલાયા કરે છે, જેથી વસ્તુ કંપતી લાગે છે.
સ્વ-મૂલ્યાંકન ક્વિઝ (20 MCQs)
તમારી તૈયારી ચકાસવા માટે નીચેના પ્રશ્નોના જવાબ આપો.
