ചൂടും തണുപ്പും- ഋതുക്കൾ ഉണ്ടാകുന്നതെങ്ങനെ?

ഭൂമിയിൽ ചൂടുകാലവും തണുപ്പുകാലവും മാറിമാറി ഉണ്ടാകുന്നത് എങ്ങനെയാണ്?

ഇത് സ്കൂൾ ക്ലാസുകളിൽ കേൾക്കുന്ന ഒരു ചോദ്യമാണ്. പക്ഷേ എന്റെ വ്യക്തിപരമായ അനുഭവത്തിൽ ഒരുപാട് മുതിർന്നവർ ഈ ചോദ്യത്തിന്റെ ഉത്തരം തെറ്റിച്ച് പറയുന്നത് കണ്ടിട്ടുണ്ട്. കുറേ പേരോട്  ഇത് ചോദിച്ചപ്പോൾ ഏറ്റവും സാധാരണമായി കിട്ടിയിട്ടുള്ള ഉത്തരം ഇപ്രകാരമാണ്:

"ഭൂമി സൂര്യന് ചുറ്റും പൂർണവൃത്താകൃതിയുള്ള ഓർബിറ്റിലല്ല സഞ്ചരിക്കുന്നത്. മറിച്ച് ഒരു ദീർഘവൃത്താകൃതിയുള്ള ഓർബിറ്റിലാണ്. അത് കാരണം സൂര്യനും ഭൂമിയും തമ്മിലുള്ള അകലം വ്യത്യാസപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരിക്കും. ഭൂമി സൂര്യനോട് ഏറ്റവും അടുത്ത് വരുന്ന സമയത്ത് നമുക്ക് കൂടുതൽ ചൂടും, സൂര്യനിൽ നിന്ന് ഏറ്റവും അകലെ പോകുന്ന സമയത്ത് നമുക്ക് തണുപ്പും ആയിരിക്കും"

നിങ്ങളിൽ പലർക്കും ഇത് തെറ്റായ വിശദീകരണമാണെന്ന് അറിയാമായിരിക്കും. എന്നാൽ ചിലരെങ്കിലും ഇതാണ് ഉഷ്ണ-ശൈത്യങ്ങളുടെ കാരണം എന്ന് ധരിച്ച് വെച്ചിട്ടുണ്ടാകും. നമുക്കിതിന്റെ സത്യാവസ്ഥ ലളിതമായി ഒന്ന് മനസിലാക്കാൻ ശ്രമിക്കാം.

മേൽപ്പറഞ്ഞ ഉത്തരത്തിൽ അവസാന വാചകം ഒഴികെ ബാക്കിയെല്ലാം ശരിയാണ്. ഭൂമിയുടെ ആത്യന്തികമായ ഊർജ ഉറവിടം സൂര്യനാണ്. സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ രൂപത്തിൽ ഭൂമിയിലേയ്ക്ക് അത് നിരന്തരം ഊർജം എത്തിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഭൂമി സൂര്യന് ചുറ്റും പ്രദക്ഷിണം ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ആ ഓർബിറ്റിന്റെ രൂപം പൂർണവൃത്തമല്ല, മറിച്ച് ദീർഘവൃത്തമാണ്. അതുകൊണ്ട് ഭൂമിയും സൂര്യനും തമ്മിലുള്ള ദൂരം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമല്ല, അത് മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. സൂര്യനോട് ഏറ്റവും അടുത്തായിരിക്കുമ്പോൾ 14.7 കോടി കിലോമീറ്ററും, ഏറ്റവും അകലെയായിരിക്കുമ്പോൾ 15.2 കോടി കിലോമീറ്ററും ദൂരത്തിലായിരിക്കും ഭൂമി. അതായത് സൂര്യനും ഭൂമിയും തമ്മിലുള്ള ദൂരം 15.2 - 14.7 = 0.5 കോടി (അഥവാ 50 ലക്ഷം) കിലോമീറ്റർ വരെ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നുണ്ട്. ഭൂമി അതിന്റെ ഓർബിറ്റിൽ സൂര്യനോട് ഏറ്റവും അടുത്ത് ചെല്ലുന്ന സ്ഥാനത്തെ പെരിഹീലിയൻ (perihelion) എന്നും, ഏറ്റവും അകലെയായിരിക്കുന്ന സ്ഥാനത്തെ അപ്ഹീലിയൻ (aphelion) എന്നുമാണ് വിളിക്കുന്നത്. എല്ലാ വർഷവും ഏതാണ്ട് ഒരേ ദിവസമാണ് പെരിഹീലിയനും അപ്ഹീലിയനും സംഭവിക്കുന്നത്. അവ യഥാക്രമം ജനുവരി 3-ഉം ജൂലൈ 3-ഉം ആണ്. അതായത് ജനുവരി 3-നാണ് ഭൂമി സൂര്യനോട് ഏറ്റവും അടുത്ത് ചെല്ലുന്നത്, ജൂലൈ 3-നാണ് അത് ഏറ്റവും അകലെ പോകുന്നത്. മുകളിലെ ഉത്തരം അനുസരിച്ച് ജനുവരി 3-നായിരിക്കണം ഭൂമിയിൽ ഏറ്റവും ചൂട് കൂടുതൽ. ആണോ? നമ്മുടെ അനുഭവത്തിൽ ജനുവരി 3, വർഷത്തിൽ എറ്റവും നല്ല തണുപ്പനുഭവപ്പെടുന്ന ദിവസങ്ങളിലൊന്നാണ്.

അപ്പോൾ എവിടെയാണ് പ്രശ്നം?

ഭൂമിയിലെ ഋതുക്കളുടെ വ്യത്യാസം നിർണയിക്കുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നത് ഭൂമിയും സൂര്യനും തമ്മിലുള്ള അകലമല്ല എന്നതാണ് സത്യം. പറയുമ്പോൾ 50 ലക്ഷം കിലോമീറ്റർ വ്യത്യാസം വരുന്നു എന്നത് സത്യം തന്നെ. പക്ഷേ ഒരു വസ്തുവിന് 50 രൂപ വിലക്കുറവ് എന്ന് കേൾക്കുമ്പോൾ, അത് 'എത്ര കുറവാണ്?' എന്ന് മനസിലാകണമെങ്കിൽ ആ വസ്തുവിന്റെ വില എത്രയാണ് എന്നതുമായി താരതമ്യം ചെയ്യണ്ടേ? മുന്നൂറ് രൂപയുടെ ബക്കറ്റിന് അമ്പത് രൂപ വില കുറഞ്ഞാൽ അതിനെ വിലക്കുറവെന്ന് നാം വിളിച്ചേക്കും. പക്ഷേ പത്ത് ലക്ഷം രൂപയുടെ ഒരു കാറിന് 50 രൂപ വിലക്കുറവ് ഉണ്ടായാൽ അതിനെ നാം കണക്കിലെടുക്കാനേ പോകുന്നില്ല. ഭൂമിയും സൂര്യനും തമ്മിലുള്ള ശരാശരി ദൂരമായ15 കോടി കിലോമീറ്ററുമായിട്ടാണ് നാമിവിടെ അമ്പത് ലക്ഷത്തെ താരതമ്യം ചെയ്യേണ്ടത്. അത് ഫലത്തിൽ അഞ്ച് ശതമാനത്തിൽ താഴെയേ വ്യത്യാസം വരുത്തുന്നുള്ളൂ എന്ന് കാണാം.(NB: ഭൂമിയുടെ ഓർബിറ്റ് വരയ്ക്കുമ്പോൾ കാണിക്കുന്ന ദീർഘവൃത്തം അല്പം പർവതീകരിക്കപ്പെട്ട ഒന്നാണ്. സൈദ്ധാന്തികമായി ദീർഘവൃത്തം ആണെങ്കിലും, ദൂരെ നിന്ന് കാണാൻ കഴിഞ്ഞാൽ ഭൂമിയുടെ ഓർബിറ്റ് ഏതാണ്ടൊരു പൂർണവൃത്തം ആയിത്തന്നെ കാണപ്പെടും. ഒരു ദീർഘവൃത്തം പൂർണവൃത്തത്തിൽ നിന്ന് എത്രത്തോളം വ്യത്യസ്തമാണ് എന്ന് സൂചിപ്പിക്കാൻ eccentricity എന്നൊരു അളവ് ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. ഭൂമിയുടെ ഓർബിറ്റിന്റെ eccentricity പൂജ്യത്തിനോട് വളരെ അടുത്താണ്) അതായത് ഈ ദൂരവ്യത്യാസം സൂര്യനിൽ നിന്നുള്ള ഊർജലഭ്യതയിൽ വളരെ ചെറിയ ഏറ്റക്കുറച്ചിലേ ഉണ്ടാക്കുന്നുള്ളു. നാം അനുഭവിക്കുന്ന ഋതുക്കൾ തമ്മിലുള്ള സാരമായ വ്യത്യാസം ഉണ്ടാക്കാൻ അത് മതിയാകില്ല.

അപ്പോപ്പിന്നെ ഋതുക്കൾ ഉണ്ടാക്കുന്നത് എന്താണ്?

സൂര്യനിൽ നിന്നുള്ള ഊർജം എത്രത്തോളം ലഭിക്കുന്നു എന്ന് തീരുമാനിക്കുന്ന ഏറ്റവും സുപ്രധാനമായ ഘടകം, സൂര്യരശ്മികൾ എത്രത്തോളം ചരിഞ്ഞ് പതിക്കുന്നു എന്നതാണ്. ചിത്രം ശ്രദ്ധിക്കൂ.

ഒരേ വീതിയുള്ള രണ്ട് പ്രകാശബീമുകൾ പരിഗണിക്കുക. ഇതിൽ ഒരെണ്ണം കുത്തനെ തറയിലേയ്ക്ക് വീഴുന്നു. മറ്റേത് ചരിഞ്ഞാണ് വീഴുന്നത്. ചിത്രം നോക്കിയാൽ, ചരിഞ്ഞ് വീഴുന്ന പ്രകാശബീം കൂടുതൽ വിശാലമായ ഒരു പ്രദേശത്താണ് വീഴുന്നത് എന്ന് കാണാം. ഒരേ വീതിയുള്ള ബീമുകൾ എന്നാൽ അവ ഒരേ അളവിലുള്ള ഊർജമാണ് വഹിക്കുന്നത് എന്നർത്ഥം. എന്നാൽ ചരിവ് കൂടുന്തോറും അവ കൂടുതൽ കൂടുതൽ വിസ്തൃതിയിലേയ്ക്ക് വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. അതായത് ഊർജം കൂടുതൽ ഭാഗത്തേയ്ക്ക് വീതിച്ച് പോകുന്നത് കൊണ്ട് ഒരു പ്രത്യേക ഭാഗത്ത് കിട്ടുന്ന ഊ‍ർജം, അവിടെ വീഴുന്ന പ്രകാശരശ്മിയുടെ ചരിവ് അനുസരിച്ച് കുറയുന്നു. ചുരുക്കിപ്പറഞ്ഞാൽ സൂര്യപ്രകാശം ചരിഞ്ഞ് വീണാൽ, അവിടെ കിട്ടുന്ന ഊർജം അതിനനുസരിച്ച് കുറയും. നമുക്കനുഭവപ്പെടുന്ന ഋതു-കാലാവസ്ഥാ പ്രഭാവങ്ങൾക്കെല്ലാം കാരണം അടിസ്ഥാനപരമായി സൂര്യപ്രകാശവീഴ്ചയുടെ ചരിവിലുള്ള ഈ വ്യത്യാസമാണ് എന്ന് പറയാം.

രണ്ട് രീതിയിലാണ് ഈ ചരിവ് വ്യത്യാസം വരുന്നത്. ഒന്ന് സ്വാഭാവികമായും ഭൂമിയുടെ രൂപം കാരണമാണ്. അതിന് ഗോളാകൃതിയാണ് ഉള്ളത്. ഒരു പ്രത്യേകദിശയിൽ സഞ്ചരിച്ചുവരുന്ന പ്രകാശരശ്മികൾ, ഒരു ഗോളത്തിന്റെ പുറത്ത് വീണാൽ സ്വാഭാവികമായും ഓരോ സ്ഥലത്തും ഓരോ ചരിവിലായിരിക്കും അത് വീഴുന്നത്. ചിത്രം നോക്കൂ.

ചിത്രത്തിൽ കാണുന്ന ഗോളം ഭൂമിയാണെന്ന് കരുതുക. ഇടത് വശത്തുനിന്നും സൂര്യപ്രകാശം സമാന്തരരശ്മികളായി ഭൂമിയിൽ വന്ന് വീഴുന്നു. ഭൂമിയുടെ കേന്ദ്രത്തിന് നേരേ വരുന്ന രശ്മി കുത്തനെയായിരിക്കും ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ വന്ന് വീഴുക. എന്നാൽ ധ്രുവങ്ങളിലേയ്ക്ക് നീങ്ങുന്തോറും സൂര്യപ്രകാശം കൂടുതൽ കൂടുതൽ ചരിഞ്ഞായിരിക്കും ഉപരിതലത്തിൽ വന്ന് തട്ടുക. അതായത് ഭൂമധ്യരേഖാ പ്രദേശത്ത് നിന്ന് ധ്രുവങ്ങളിലേയ്ക്ക് പോകുന്തോറും സൂര്യനിൽ നിന്നും ലഭിയ്ക്കുന്ന ഊർജത്തിന്റെ അളവ് അതിനനുസരിച്ച് കുറയും എന്നർത്ഥം. ധ്രുവപ്രദേശങ്ങളിൽ വെള്ളം ഐസായിട്ട് കട്ടപിടിച്ച് കിടക്കുന്നതിന്റെ രഹസ്യം ഇതിൽ നിന്ന് പിടികിട്ടിക്കാണുമല്ലോ.

സൂര്യപ്രകാശലഭ്യത മാത്രമല്ല, ലഭിയ്ക്കുന്ന പ്രകാശം എങ്ങനെ വിനിയോഗിക്കപ്പെടുന്നു എന്നതും വ്യത്യാസപ്പെടും. കാരണം വെള്ളം, കരയിലെ വിവിധ ഘടകങ്ങളായ മണ്ണ്, മണൽ, തുടങ്ങി സൂര്യപ്രകാശത്തെ സ്വീകരിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ സ്വഭാവമനുസരിച്ച്, അവ ചൂട് പിടിക്കുന്ന അളവും മാറും. ചൂട് മാറുന്നതിനനുസരിച്ച് അന്തരീക്ഷവായുവിന്റെ മർദത്തിൽ വരുന്ന വ്യത്യാസങ്ങൾ, അത് കാരണം ഉണ്ടാകുന്ന വായുപ്രവാഹങ്ങൾ (കാറ്റുകൾ), കാറ്റുകൾക്ക് ഭൂമിയുടെ കറക്കം കാരണം ഉണ്ടാകുന്ന ദിശാമാറ്റം, സമുദ്രങ്ങളുടെ പല ഭാഗവും പല അളവിൽ ചൂട് പിടിക്കുക വഴി ഉണ്ടാകുന്ന ജലപ്രവാഹങ്ങൾ, ചൂടായ ജലം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട് അന്തരീക്ഷവായുവിൽ കലരുന്നത് കാരണമുണ്ടാകുന്ന താപ-മർദ്ദ വ്യത്യാസങ്ങൾ, എന്നിങ്ങനെ പല പല പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പര തന്നെ ഇത് കാരണം ഉണ്ടാകും. കാലാവസ്ഥ എന്ന പ്രതിഭാസം ഇതിന്റെയൊക്കെ ഒരു ആകെത്തുകയാണ്. അതിന്റെ അതിസങ്കീർണസ്വഭാവം തത്കാലം അത് നമ്മുടെ കൈയിലൊതുങ്ങുന്നതല്ല എന്നതിനാൽ കാലാവസ്ഥയെ അവിടെ നിർത്തി നമുക്ക് ഋതുക്കളിലേയ്ക്ക് തിരിച്ചുവരാം.

ഭൂമിയിൽ സൂര്യപ്രകാശം വീഴുന്ന ചരിവിൽ വ്യത്യാസം വരുന്നതിന് ഒരു കാരണം മാത്രമാണ് അതിന്റെ ഗോളാകൃതി. അത്ര തന്നെ പ്രധാനപ്പെട്ട മറ്റൊരു ഘടകം കൂടിയുണ്ട്; ഓർബിറ്റിൽ ഭൂമിയുടെ കിടപ്പ്. ഭൂമിയുടെ ഓർബിറ്റ് ഒരു മേശപ്പുറത്താണ് എന്ന് സങ്കല്പിക്കുക. മേശയുടെ പ്രതലമാണ് അതിന്റെ ഓർബിറ്റൽ പ്രതലം (orbital plane). ആ മേശപ്പുറത്ത് കുത്തനെ നിന്ന് കറങ്ങുകയല്ല ഭൂമി ചെയ്യുന്നത്. പകരം അത് മോഹൻലാലിനെപ്പോലെ ഒരുവശത്തോട്ട് അല്പം ചരിഞ്ഞാണ് നിൽക്കുന്നത്. സാങ്കേതിക ഭാഷയിൽ ഇതിനെ axial tilt അഥവാ അക്ഷച്ചരിവ് എന്ന് വിളിക്കാം. ഭൂമി സ്വയം കറങ്ങുന്ന അതിന്റെ അച്ചുതണ്ട്, അതിന്റെ ഓർബിറ്റിന്റെ പ്രതലവുമായി തട്ടിച്ച് നോക്കുമ്പോൾ ഏതാണ്ട് 23.5 ഡിഗ്രി ചരിഞ്ഞാണ് നിൽക്കുന്നത്. ചിത്രം നോക്കൂ.

ഇവിടെ അക്ഷച്ചരിവ് എല്ലായ്പ്പോഴും ഒരേ ദിശയിലാണ് എന്ന് കാണാം. അതായത് സൂര്യന്റെ ഏത് വശത്തായിരുന്നാലും ഭൂമിയുടെ അച്ചുതണ്ട് വലത്തോട്ട് തന്നെയാണ് ചരിഞ്ഞ് നിൽക്കുന്നത്. ഇത് കാരണം വർഷത്തിൽ ഓരോ സമയത്തും, ഭൂമിയുടെ ഓരോ ഭാഗമായിരിക്കും സൂര്യന്റെ നേർക്ക് ചരിഞ്ഞിരിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന് ചിത്രത്തിൽ ഭൂമി സൂര്യന്റെ ഇടത്ത് ഭാഗത്തായിരിക്കുന്ന അവസരം പരിഗണിക്കാം. അവിടെ ഭൂമിയുടെ ഉത്തരധ്രുവം (northern hemisphere) സൂര്യന്റെ നേർക്ക് ചരിഞ്ഞ് നിൽക്കുകയാണ്. അതായത് ഉത്തരാർദ്ധഗോളത്തിൽ സൂര്യരശ്മികൾ കൂടുതൽ കുത്തനെ പതിയ്ക്കുകയും അവിടെ കൂടുതൽ ഊർജം ലഭിയ്ക്കുകയും ചെയ്യും. അതാണ് ഉത്തരാർദ്ധഗോളത്തിലെ വേനൽക്കാലം (summer). ഇതേസമയം ദക്ഷിണാർദ്ധഗോളം (southern hemisphere) സൂര്യന് പിൻതിരിഞ്ഞ് നിൽക്കുകയാണ് എന്നോർക്കണം. അതിനാൽ അവിടെ ഊർജലഭ്യത കുറവായിരിക്കും. അതായത്, അവിടെ ഈ സമയം ശൈത്യകാലമായിരിക്കും (winter). ഈ രീതിയിൽ രണ്ട് അർദ്ധഗോളങ്ങളിലും വിപരീത ഋതുക്കളായിരിക്കും എപ്പോഴും അനുഭവപ്പെടുക. ഉത്താർദ്ധഗോളത്തിൽ വേനലാകുമ്പോൾ ദക്ഷിണാർദ്ധഗോളത്തിൽ ശൈത്യം. ആറ് മാസം കഴിയുമ്പോൾ ഭൂമി സൂര്യന് മറുഭാഗത്ത് ചെല്ലും. ആ സമയത്ത് ദക്ഷിണാർദ്ധഗോളമായിരിക്കും സൂര്യന്റെ നേർക്ക് ചരിഞ്ഞ് നിൽക്കുന്നത്. അപ്പോൾ അവിടെ വേനൽ, ഉത്തരാർദ്ധഗോളത്തിൽ ശൈത്യം. 

ഏറ്റവും ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ ഇങ്ങനെയാണ് വ്യത്യസ്ത ഋതുക്കൾ ഉണ്ടാകുന്നത്. വേനലിനും ശൈത്യത്തിനും (അഥവാ ഗ്രീഷ്മത്തിനും ശിശിരത്തിനും) ഇടയ്ക്ക് രണ്ട് സമയങ്ങളിൽ ഭൂമിയുടെ ചരിവ് സൂര്യന്റെ നേർക്കെന്നോ സൂര്യന് പുറംതിരിഞ്ഞെന്നോ പറയാനാകാത്ത രണ്ട് സ്ഥാനങ്ങളിൽ ഭൂമി എത്തിച്ചേരും (മുകളിലെ ചിത്രത്തിൽ മുകളിലും താഴെയുമായി കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങൾ). ഈ കാലങ്ങളിൽ രണ്ട് അർദ്ധഗോളങ്ങളിലും ഊർജലഭ്യത ഏതാണ്ട് സമമായിരിക്കും. അവയാണ് വസന്തകാലവും (spring), ശരത്കാലവും (autumn). ഇങ്ങനെ നാല് ഋതുക്കളാണ് പൊതുവേ പറയാറുള്ളത് എങ്കിലും, കേരളം ഉൾപ്പടെ ഭൂമധ്യരേഖയോട് അടുത്ത് കിടക്കുന്ന സ്ഥലങ്ങളിൽ വർഷകാലം (rainy), ഹേമന്ദകാലം (pre-winter) എന്നിങ്ങനെ രണ്ട് കാലങ്ങൾ കൂടി പരിഗണിച്ച് മൊത്തം ആറ് ഋതുക്കൾ പറയാറുണ്ട്. തത്കാലം അത്തരം സങ്കീർണതകൾ ഒഴിവാക്കി, ഋതുക്കളെക്കുറിച്ച് ഇങ്ങനെ നമുക്ക് പറഞ്ഞ് നിർത്താം,

"ദൂരമല്ല, ചരിവാണ് പ്രശ്നം!"