विकिरण दबाव

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परावर्तक पर बल फोटॉन अभिवाह को परावर्तित करने का परिणाम है

विकिरण दाब (जिसे प्रकाश दाब के रूप में भी जाना जाता है) वस्तु और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के बीच संवेग के आदान-प्रदान के कारण किसी भी सतह पर यांत्रिक दाब होता है। इसमें किसी भी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश या विद्युत चुम्बकीय विकिरण की गति सम्मिलित है जो अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण), परावर्तन (भौतिकी), या अन्यथा उत्सर्जित (जैसे कृष्णिका विकिरण ) होता है। (स्थूल वस्तुओं से लेकर धूल के कणों से लेकर गैस के अणुओं तक ) संबद्ध बल को विकिरण दाब बल या कभी-कभी केवल प्रकाश का बल कहा जाता है।

विकिरण दाब द्वारा उत्पन्न बल सामान्य रूप से दैनिक परिस्थितियों में ध्यान देने योग्य बहुत कम होते हैं; हालाँकि, वे कुछ भौतिक प्रक्रियाओं और तकनीकों में महत्वपूर्ण हैं। इसमें विशेष रूप से बाहरी अंतरिक्ष में वस्तुएं सम्मिलित हैं, जहां यह सामान्य रूप से गुरुत्वाकर्षण के अतिरिक्त वस्तुओं पर काम करने वाला मुख्य बल होता है, और जहां छोटे से बल के शुद्ध प्रभाव का लंबे समय तक बड़ा संचयी प्रभाव हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि वाइकिंग कार्यक्रम के अंतरिक्ष यान पर सूर्य के विकिरण दाब के प्रभाव को उपेक्षित किया गया होता, तो अंतरिक्ष यान मंगल की कक्षा से लगभग 5,000 किमी (9,300 मील) विफल उपगमन होता है। कई खगोलीय प्रक्रियाओं में भी तारों का प्रकाश से विकिरण का दाब महत्वपूर्ण है। अत्यधिक उच्च तापमान पर विकिरण दाब का महत्व तेजी से बढ़ता है और कभी-कभी सामान्य गैस के दाब को कम कर सकता है, उदाहरण के लिए, तारकीय संरचना और ताप-नाभिकीय साधन में कर सकते है। इसके अतिरिक्त, अंतरिक्ष में काम करने वाले बड़े लेज़र को किरण-पुंज-संचालित प्रणोदन में जलयान को आगे बढ़ाने के साधन के रूप में सुझाया गया है।

विकिरण दाब बल लेज़र का आधार और विज्ञान की शाखाएँ हैं जो लेज़रों और अन्य प्रकाशीय तकनीकों पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं। इसमें सम्मिलित है, लेकिन यह सीमित नहीं है, जैव-सूक्ष्मदर्शी (जहां प्रकाश का उपयोग रोगाणुओं, कोशिकाओं और अणुओं को विकिरण और निरीक्षण करने के लिए किया जाता है), क्वांटम प्रकाशिकी, और प्रकाशीय-यांत्रिकी जहां प्रकाश का उपयोग परमाणुओं, क्यूबिट्स और स्थूलदर्शीय क्वांटम जैसी वस्तुओं की जांच और नियंत्रण के लिए किया जाता है। इन क्षेत्रों में विकिरण दाब बल के प्रत्यक्ष अनुप्रयोग हैं, उदाहरण के लिए, लेजर शीतलन (भौतिकी में 1997 के नोबेल पुरस्कार का विषय), स्थूल वस्तुओं और आयन का सुसंगत नियंत्रण (2012 भौतिकी में नोबेल पुरस्कार), व्यतिकरणमिति (भौतिकी में 2017 नोबेल पुरस्कार) और प्रकाशीय ट्विजर (भौतिकी में 2018 नोबेल पुरस्कार) सम्मिलित है।

विकिरण दाब को उत्कृष्ट विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गति पर विचार करके या फोटॉन, प्रकाश के कणों के संवेग के संदर्भ में समान रूप से अच्छी तरह से वर्णन किया जा सकता है। पदार्थ के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों या फोटॉनों की परस्पर क्रिया में संवेग का आदान-प्रदान सम्मिलित हो सकता है। संवेग के संरक्षण के नियम के कारण, तरंगों या फोटॉनों के कुल संवेग में किसी भी परिवर्तन में उस पदार्थ के संवेग में समान और विपरीत परिवर्तन सम्मिलित होना चाहिए, जिसके साथ यह परस्पर क्रिया (न्यूटन की गति का तीसरा नियम) करता है, जैसा कि प्रकाश के स्थिति में एक सतह द्वारा पूरी तरह से परावर्तित होने के साथ-साथ चित्र में दिखाया गया है। संवेग का यह स्थानांतरण, जिसे हम विकिरण दाब कहते हैं, जिसकी सामान्य व्याख्या है।

आविष्कार

जोहान्स केप्लर ने 1619 में विकिरण दाब की अवधारणा को इस अवलोकन की व्याख्या करने के लिए सामने रखा कि धूमकेतु की पुच्छ सदैव सूर्य से दूर की ओर इशारा करती है। दावा है कि प्रकाश, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में, गति का गुण है और इस प्रकार किसी भी सतह पर दाब डालता है जो इसके संपर्क में आता है, 1862 में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल द्वारा प्रकाशित किया गया था, और 1900 में रूसी भौतिक विज्ञानी पेट्र निकोलेविच लेबेडेव और 1901 में अर्नेस्ट फॉक्स निकोल्स और गॉर्डन फेरी हल द्वारा प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया गया था दाब बहुत कम है, लेकिन निकोलस रेडियोमीटर में परावर्तक धातु के कुशलतापूर्वक निर्मित फलक पर विकिरण को पतन की स्वीकृति देकर इसका पता लगाया जा सकता है (इसे क्रुक्स विकिरणमापी के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, जिसकी विशिष्ट गति विकिरण दाब के कारण नहीं बल्कि इसके द्वारा होती है) गैस के अणुओं को प्रभावित करना)।

सिद्धांत

See also: विद्युत चुम्बकीय विकिरण और प्रकाश की गति

विद्युत-चुंबकीय विकिरण के कारण संवेग को देखते हुए विकिरण दाब को संवेग के संरक्षण के परिणाम के रूप में देखा जा सकता है। वैद्युत-चुंबकीय सिद्धांत के आधार पर या फोटॉनों की धारा के संयुक्त संवेग से उस गति की समान रूप से गणना की जा सकती है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

विद्युत चुम्बकीय तरंग की गति से विकिरण दाब

Main article: पॉयंटिंग वेक्टर

मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के सिद्धांत के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय तरंग में संवेग होता है, जो अपारदर्शी सतह पर स्थानांतरित हो जाएगा जिस पर यह आक्षेप करता है।

प्वाइन्टिंग सदिश $\mathbf {S} =\mathbf {E} \times \mathbf {H}$ का उपयोग करके समतल तरंग के ऊर्जा प्रवाह (विकिरण) की गणना की जाती है। जिसका परिमाण हम S द्वारा निरूपित करते हैं। S को प्रकाश की गति से विभाजित करने पर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रति इकाई क्षेत्र (दाब) में रैखिक गति का घनत्व होता है। इसलिए, विमीय रूप से, प्वाइन्टिंग सदिश S=power/area=rate of doing work/area=ΔF/ΔtΔx/area, जो प्रकाश की गति c=Δx/Δt, गुणा दाब ΔF/क्षेत्र है। उस दाब को सतह पर विकिरण दाब के रूप में अनुभव किया जाता है:

$P_{\text{incident}}={\frac {\langle S\rangle }{c}}={\frac {I_{f}}{c}}$

जहां $P$ दाब (सामान्य रूप से पास्कल में), $I_{f}$ घटना विकिरण है (सामान्य रूप से W/m²) और $c$ निर्वात में प्रकाश की गति है। यहाँ 1/c ≈ 3.34 N/GW

यदि सतह घटना तरंग के कोण α पर समतल है, तो सतह पर तीव्रता उस कोण के कोसाइन द्वारा ज्यामितीय रूप से कम हो जाएगी और सतह के विपरीत विकिरण बल का घटक भी α के कोसाइन से कम हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप दाब में:

$P_{\text{incident}}={\frac {I_{f}}{c}}\cos ^{2}\alpha$

आपतित तरंग से संवेग उस तरंग की समान दिशा में होता है। लेकिन उस संवेग का केवल वह घटक जो सतह के लिए सामान्य है, सतह पर दाब में योगदान देता है, जैसा कि ऊपर दिया गया है। सतह पर स्पर्श करने वाले बल के घटक को दाब नहीं कहा जाता है।

प्रतिबिंब से विकिरण दाब

घटना तरंग के लिए उपरोक्त संशोधन काले (पूरी तरह से अवशोषित) पिंड द्वारा अनुभव किए जाने वाले विकिरण दाब के लिए होता है। यदि तरंग विशेष रूप से परावर्तित होती है, तो परावर्तित तरंग के कारण हटना विकिरण दाब में और योगदान देगा। पूर्ण परावर्तक के स्थिति में, यह दाब घटना तरंग के कारण होने वाले दाब के समान होगा:

$P_{\text{emitted}}={\frac {I_{f}}{c}}$

इस प्रकार सतह पर शुद्ध विकिरण दाब को दोगुना करना:

$P_{\text{net}}=P_{\text{incident}}+P_{\text{emitted}}=2{\frac {I_{f}}{c}}$

आंशिक रूप से परावर्तक सतह के लिए, दूसरे शब्द को परावर्तकता (तीव्रता के प्रतिबिंब गुणांक के रूप में भी जाना जाता है) से गुणा किया जाना चाहिए, ताकि वृद्धि दोगुनी से कम हो जाए। विसरित परावर्तन सतह के लिए, परावर्तन और ज्यामिति के विवरण को ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप पुनः दोगुने से कम का शुद्ध विकिरण दाब बढ़ जाता है।

उत्सर्जन द्वारा विकिरण दाब

जिस तरह पिंड से परावर्तित तरंग शुद्ध विकिरण दाब का अनुभव करती है, पिंड जो अपने स्वयं के विकिरण का उत्सर्जन करता है (परावर्तित होने के अतिरिक्त) सतह I_e के लिए सामान्य दिशा में उस उत्सर्जन के विकिरण द्वारा दिए गए विकिरण दाब को पुनः प्राप्त करता है :

$P_{\text{emitted}}={\frac {I_{\text{e}}}{c}}$

उत्सर्जन कृष्णिका विकिरण या किसी अन्य विकिरणी क्रियाविधि से हो सकता है। चूँकि सभी पदार्थ कृष्णिका विकिरण उत्सर्जित करता हैं (जब तक कि वे पूरी तरह से परावर्तक या पूर्ण शून्य पर न हों), विकिरण दाब के लिए यह स्रोत सर्वव्यापी है लेकिन सामान्य रूप से छोटा है। हालांकि, क्योंकि कृष्णिका विकिरण तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है (स्टीफन-बोल्ट्जमैन नियम द्वारा दिए गए तापमान की चतुर्थ सामर्थ्य के रूप में), बहुत गर्म वस्तु के तापमान के कारण विकिरण का दाब (या इसी तरह से आने वाले कृष्णिका विकिरण के कारण) ऊष्मा परिवेश महत्वपूर्ण हो सकता है। तारकीय आंतरिक भागों में यह महत्वपूर्ण है।

फोटॉनों के संदर्भ में विकिरण दाब

See also: फ़ोटॉन और संवेग

विद्युत चुम्बकीय विकिरण तरंगों के अतिरिक्त कणों के संदर्भ में तरंग-कण द्वैत हो सकता है; इन कणों को फोटॉन के रूप में जाना जाता है। फोटॉन में विराम-द्रव्यमान नहीं होता है; हालाँकि, फोटॉन कभी भी आराम में नहीं होते हैं (वे प्रकाश की गति से चलते हैं) और फिर भी गति प्राप्त करते हैं जो इसके द्वारा दी गई है:

$p={\dfrac {h}{\lambda }}={\frac {E_{p}}{c}},$

जहाँ p संवेग है, h प्लांक नियतांक है, λ तरंगदैर्घ्य है, और c निर्वात में प्रकाश की गति है। और E_p द्वारा दिए गए एकल फोटॉन की ऊर्जा है:

$E_{p}=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}$

विकिरण दाब को फिर से अपारदर्शी सतह पर प्रत्येक फोटॉन की गति के हस्तांतरण के रूप में देखा जा सकता है, साथ ही एक (आंशिक रूप से) परावर्तक सतह के लिए एक (संभावित) हटना फोटॉन के कारण होता है। चूंकि विकिरण की एक घटना तरंग I_f यदि किसी क्षेत्र में A की सामर्थ्य I_f A है, तो इसका तात्पर्य है कि प्रति इकाई क्षेत्र में प्रति सेकंड I_f / E_p फोटॉन का प्रवाह सतह से संयोग है। एकल फोटॉन की गति के लिए उपरोक्त अभिव्यक्ति के साथ इसे जोड़कर, उत्कृष्ट विद्युत-चुंबकीय का उपयोग करके ऊपर वर्णित विकिरण और विकिरण दाब के बीच समान संबंधों का परिणाम मिलता है। और फिर, परावर्तित या अन्यथा उत्सर्जित फोटॉन समान रूप से शुद्ध विकिरण दाब में योगदान देंगे।

समान विकिरण क्षेत्र में संपीड़न

सामान्य रूप से, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का दाब विद्युत चुम्बकीय प्रतिबल प्रदिश के अनुरेख के लुप्त होने से प्राप्त किया जा सकता है: चूँकि यह अनुरेख 3P - u के समान है, हम प्राप्त करते हैं

$P={\frac {u}{3}},$

जहाँ u प्रति इकाई आयतन में विकिरण ऊर्जा है।

यह तापमान T पर, अपने परिवेश के साथ तापीय संतुलन में पिंड की सतहों पर लगाए गए दाब के विशिष्ट स्थिति में भी दिखाया जा सकता है: पिंड प्लैंक नियम द्वारा वर्णित समान विकिरण क्षेत्र से परिबद्ध होगा। प्लैंक कृष्णिका विकिरण नियम और उस आक्रामक विकिरण, उसके प्रतिबिंब, और अपने स्वयं के कृष्णिका उत्सर्जन के कारण संकुचित दाब का अनुभव करेगा। इससे यह दिखाया जा सकता है कि परिणामी दाब आसपास के अंतरिक्ष में प्रति इकाई आयतन कुल विकिरण ऊर्जा के तिहाई के समान है।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन नियम का उपयोग करके, इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है

$P_{\text{compress}}={\frac {u}{3}}={\frac {4\sigma }{3c}}T^{4},$

जहां $\sigma$ स्टीफन-बोल्ट्जमैन स्थिरांक है।

सौर विकिरण दाब

सौर विकिरण का दाब सूर्य के विकिरण के निकट दूरी पर होने के कारण होता है, इस प्रकार विशेष रूप से सौर मंडल के अंदर है। (पृथ्वी पर सूर्य के प्रकाश का विकिरण दाब बहुत कम है: यह 1 वर्ग मीटर या 10 μN/m², या 10^-10 वायुमंडल के क्षेत्र पर लगभग मिलीग्राम के समान है।) जबकि यह सभी वस्तुओं पर कार्य करता है, इसका शुद्ध प्रभाव सामान्य रूप से छोटे पिंडों पर अधिक होता है, क्योंकि उनके पास सतह क्षेत्र से द्रव्यमान का बड़ा अनुपात होता है। सभी अंतरिक्ष यान इस तरह के दाब का अनुभव करते हैं, इसके अतिरिक्त कि जब वे बड़े कक्षीय पिंड की छाया के पीछे हों।

पृथ्वी के पास की वस्तुओं पर सौर विकिरण दाब की गणना 1 खगोलीय इकाई पर सूर्य के विकिरण का उपयोग करके की जा सकती है, जिसे सौर स्थिरांक या G_SC के रूप में जाना जाता है, जिसका मान 2011 के अनुसार 1361 वाट /मीटर² पर निर्धारित किया गया है।

सभी तारों में वर्णक्रमीय ऊर्जा वितरण होता है जो उनकी सतह के तापमान पर निर्भर करता है। वितरण लगभग कृष्णिका विकिरण का है। उदाहरण के लिए, सौर जलयान को अनुकूलित करने के लिए विकिरण दाब की गणना या परावर्तक पदार्थ की पहचान करते समय इस वितरण को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

सौर ज्वालाओं और किरीट द्रव्यमान निष्कासन की रिहाई के कारण क्षणिक या घंटे लंबे सौर दाब वास्तव में बढ़ सकते हैं, लेकिन प्रभाव पृथ्वी की कक्षा के संबंध में अनिवार्य रूप से अतुलनीय रहते हैं। हालाँकि ये दाब अनंत समय तक बने रहते हैं, जैसे कि संचयी रूप से पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली की कक्षा पर मापनीय गति उत्पन्न करते हैं।

अवशोषण और प्रतिबिंब का दाब

सूर्य से पृथ्वी की दूरी पर सौर विकिरण दाब की गणना सौर स्थिरांक G_SC (ऊपर) को प्रकाश की गति c से विभाजित करके की जा सकती है। सूर्य का सामना करने वाली एक अवशोषित पत्रक के लिए, यह सरल रूप से है:

$P={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}\approx 4.5\cdot 10^{-6}~{\text{Pa}}=4.5~\mu {\text{Pa}}.$

यह परिणाम पास्कल (इकाई) में है, जो N/m² के समान है (न्यूटन (इकाई) प्रति वर्ग मीटर)। सूर्य के कोण α पर पत्रक के लिए, पत्रक का प्रभावी क्षेत्र A ज्यामितीय कारक से कम हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप सूर्य के प्रकाश की दिशा में बल होता है:

$F={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}(A\cos \alpha ).$

सतह पर सामान्य इस बल के घटक को खोजने के लिए, अन्य कोसाइन कारक को प्रयुक्त किया जाना चाहिए जिसके परिणामस्वरूप सतह पर दाब P होता है:

$P={\frac {F}{A}}={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}\cos ^{2}\alpha .$

ध्यान दें, हालांकि, उदाहरण के लिए अंतरिक्ष यान पर सौर विकिरण के शुद्ध प्रभाव को ध्यान में रखने के लिए, केवल घटक के अतिरिक्त पूर्ववर्ती समीकरण द्वारा दिए गए कुल बल (सूर्य से दूर दिशा में) पर विचार करने की आवश्यकता होगी। सतह के लिए सामान्य जिसे हम दाब के रूप में पहचानते हैं।

सौर स्थिरांक को पृथ्वी से दूरी पर सूर्य के विकिरण के लिए परिभाषित किया गया है, जिसे खगोलीय इकाई (au) के रूप में भी जाना जाता है। परिणामस्वरूप, आर खगोलीय इकाइयों (आर इस प्रकार आयामहीन होने) की दूरी पर, व्युत्क्रम-वर्ग नियम को प्रयुक्त करते हुए, हम पाएंगे:

$P={\frac {G_{\text{SC}}}{cR^{2}}}\cos ^{2}\alpha .$

अंत में, अवशोषित नहीं बल्कि पूरी तरह से परावर्तक सतह पर विचार करते हुए, परावर्तित तरंग के कारण दाब दोगुना हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप:

$P=2{\frac {G_{\text{SC}}}{cR^{2}}}\cos ^{2}\alpha .$

ध्यान दें कि अवशोषित पदार्थ के स्थिति के विपरीत, परावर्तक पिंड पर परिणामी बल इस दाब द्वारा सतह पर सामान्य रूप से कार्य करता है, घटना से स्पर्शरेखा बलों के साथ और दूसरे को निष्प्रभाव करने वाली तरंगों को दर्शाता है। व्यवहार में, पदार्थ न तो पूरी तरह से प्रतिबिंबित होता है और न ही पूरी तरह से अवशोषित होता है, इसलिए परिणामी बल इन सूत्रों का उपयोग करके गणना की गई शक्तियों का भारित औसत होगा।

सामान्य घटना पर सही परावर्तक पर परिकलित सौर विकिरण दाब (α = 0)

सूर्य से दूरी	μPa (μN/m2) में विकिरण का दाब
0.20 au	227
0.39 au ( बुध)	59.7
0.72 au (शुक्र)	17.5
1.00 au (पृथ्वी)	9.08
1.52 au (मंगल)	3.93
3.00 au (विशिष्ट क्षुद्रग्रह)	1.01
5.20 au ( बृहस्पति)	0.34

विकिरण दाब विचलन

See also: यार्कोवस्की प्रभाव, योरप प्रभाव और पॉयंटिंग-रॉबर्टसन प्रभाव

सौर विकिरण दाब विचलन (खगोल विज्ञान) का स्रोत है। यह सभी अंतरिक्ष यान सहित छोटे पिंडों की कक्षाओं और प्रक्षेपवक्र को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

सौर विकिरण दाब पूरे सौर मंडल में निकायों को प्रभावित करता है। छोटे पिंड बड़े पिंडों की तुलना में अधिक प्रभावित होते हैं क्योंकि उनका द्रव्यमान उनके सतह क्षेत्र के सापेक्ष कम होता है। अंतरिक्ष यान प्राकृतिक पिंडों (धूमकेतु, क्षुद्रग्रह, धूल के कण, गैस के अणु) के साथ प्रभावित होते हैं।

विकिरण दाब के परिणामस्वरूप पिंडों पर बल और बल आघूर्ण उत्पन्न होते हैं जो उनके स्थानांतरण और घूर्णी गतियों को बदल सकते हैं। अनुवाद संबंधी परिवर्तन निकायों की कक्षाओं को प्रभावित करते हैं। घूर्णी दर घट या बढ़ सकती है। उच्च घूर्णन दर के अंतर्गत नम्य एकत्रित निकाय अलग हो सकते हैं। धूल के कण या तो सौर मंडल को छोड़ सकते हैं या सूर्य में सर्पिल हो सकते हैं।

संपूर्ण पिंड सामान्य रूप से कई सतहों से बना होता है, जिनके पिंड पर अलग-अलग झुकाव होते हैं। फलक समतल या घुमावदार हो सकते हैं। उनके अलग-अलग क्षेत्र होंगे। उनके पास अन्य स्वरूपों से भिन्न प्रकाशीय गुण हो सकते हैं।

किसी विशेष समय में, कुछ स्वरूप सूर्य के संपर्क में होते हैं और कुछ छाया में होते हैं। सूर्य के संपर्क में आने वाली प्रत्येक सतह विकिरण को परावर्तित, अवशोषित और उत्सर्जित कर रही है। छाया में स्वरूप विकिरण उत्सर्जित कर रहे हैं। सभी स्वरूपों पर दबावों का योग पिंड पर शुद्ध बल और टोक़ को परिभाषित करता है। इनकी गणना पूर्ववर्ती वर्गों में समीकरणों का उपयोग करके की जा सकती है।

यार्कोवस्की प्रभाव छोटे पिंड के अनुवाद को प्रभावित करता है। यह सूर्य के संपर्क में आने वाले फलक की तुलना में उच्च तापमान पर सौर जोखिम छोड़ने वाले फलक के परिणामस्वरूप होता है। तापीय फलक से निकलने वाला विकिरण विपरीत फलक की तुलना में अधिक तीव्र होता है, जिसके परिणामस्वरूप पिंड पर शुद्ध बल होता है जो इसकी गति को प्रभावित करता है।

योरप प्रभाव प्रभाव का संग्रह है जो यार्कोव्स्की प्रभाव की पूर्व अवधारणा पर विस्तार करता है, लेकिन समान प्रकृति का है। यह निकायों के प्रचक्रण गुणों को प्रभावित करता है।

पॉयंटिंग-रॉबर्टसन प्रभाव रेणु आकार के कणों पर प्रयुक्त होता है। सूर्य की परिक्रमा कर रहे धूल के कण के दृष्टिकोण से, सूर्य का विकिरण लप आगे की दिशा (प्रकाश का विपथन) से आ रहा प्रतीत होता है। इसलिए, इस विकिरण का अवशोषण संवेग की दिशा के विरुद्ध घटक के साथ बल की ओर जाता है। (विपथन का कोण छोटा है, क्योंकि विकिरण प्रकाश की गति से आगे बढ़ रहा है, जबकि धूल का कण परिमाण के कई कर्मों की तुलना में मंद गति से आगे बढ़ रहा है।) परिणाम सूर्य में धूल के कणों का क्रमिक सर्पिल है। लंबे समय तक, यह प्रभाव सौर मंडल की अधिकांश धूल को साफ करता है।

जबकि अन्य बलों की तुलना में अपेक्षाकृत छोटा है, विकिरण दाब बल कठोर है। लंबे समय तक, बल का शुद्ध प्रभाव पर्याप्त होता है। इस तरह के दुर्बल दाब गैस आयनों और इलेक्ट्रॉन जैसे सूक्ष्म कणों पर स्पष्ट प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं, और सूर्य से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के सिद्धांत, धूमकेतु पदार्थ आदि में आवश्यक हैं।

क्योंकि सतह क्षेत्र का आयतन (और इस प्रकार द्रव्यमान) का अनुपात घटते कण आकार के साथ बढ़ता है, धूल भरे (सूक्ष्ममापी-आकार) कण बाहरी सौर मंडल में भी विकिरण दाब के प्रति संवेदनशील होते हैं। उदाहरण के लिए, शनि के वलयों का विकास बाहरी वलय विकिरण दाब से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होते हैं।

हल्के दाब के परिणामस्वरूप, अल्बर्ट आइंस्टीन 1909 में विकिरण घर्षण के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जो पदार्थ की गति का विरोध करेगा। उन्होंने लिखा: विकिरण प्लेट के दोनों किनारों पर दाब डालेगा। यदि प्लेट विरामावस्था में हो तो दोनों पक्षों पर लगने वाले दाब बल समान होते हैं। हालांकि, यदि यह गति में है, तो पीछे की सतह की तुलना में आगे की सतह (सामने की सतह) पर अधिक विकिरण परिलक्षित होगा। इस प्रकार सामने की सतह पर लगाए गए दाब का पश्चगामी कृत्रिम बल पीछे कार्य करने वाले दाब के बल से बड़ा होता है। इसलिए, दो बलों के परिणाम के रूप में, बल रहता है जो प्लेट की गति का प्रतिकार करता है और जो प्लेट के वेग के साथ बढ़ता है। हम इस परिणामी 'विकिरण घर्षण' को संक्षेप में कहेंगे।

सौर जलयान

Main article: सौर पाल

सौर नौकायन, अंतरिक्ष यान प्रणोदन की प्रायोगिक विधि, प्रेरक बल के रूप में सूर्य से विकिरण दाब का उपयोग करती है। प्रकाश द्वारा अंतर्ग्रहीय संचरण के विचार का उल्लेख जूल्स वर्ने ने चंद्रमा से पृथ्वी तक में किया था।

सौर जलयान आपतित विकिरण का लगभग 90% परावर्तित कर देता है। अवशोषित किया गया 10% जलयान की तापीय चालकता के आधार पर असीमित सतह से उत्सर्जित अनुपात के साथ दोनों सतहों से दूर विकीर्ण होता है। जलयान में वक्रता, सतह की अनियमितताएं और अन्य छोटे कारक होते हैं जो इसके प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

जापान वैमानिकी शोध संस्था (जाक्सा) ने अंतरिक्ष में सौर सेल को सफलतापूर्वक प्रसारित होते है, जो पहले ही इकरोस परियोजना के साथ अपने अंतरिक्ष उपकरण को आगे बढ़ाने में सफल रही है।

विकिरण दाब के लौकिक प्रभाव

ब्रह्मांड के विकास पर, ब्रह्मांड के उत्पन्न से लेकर तारों के निर्माण तक और व्यापक पैमाने पर धूल और गैसों के बादलों को आकार देने पर विकिरण दाब का बड़ा प्रभाव पड़ा है।

प्रारंभिक ब्रह्मांड

फोटॉन अवधि ऐसा चरण है जब महा विस्फोट के बाद 10 सेकंड और 380,000 वर्षों के बीच ब्रह्मांड की ऊर्जा फोटॉनों पर प्रभावित होती थी।

आकाशगंगा निर्माण और विकास

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ईगल नेबुला के अंदर निर्माण के स्तंभ विकिरण दाब और तारकीय हवाओं के आकार के बादल हैं।

ब्रह्मांड के इतिहास में आकाशगंगा निर्माण और विकास की प्रक्रिया शीघ्र प्रारंभ हुई। प्रारंभिक ब्रह्मांड की टिप्पणियों से दृढ़ता से पता चलता है कि वस्तुएं नीचे से ऊपर की ओर बढ़ीं (अर्थात, छोटी वस्तुएं बड़े आकार में विलय हो गईं)। चूंकि तारे बनते हैं और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्रोत बन जाते हैं, तारों से विकिरण का दाब शेष परिस्थितिजन्य पदार्थ की गतिशीलता में कारक बन जाता है।

धूल और गैसों के बादल

धूल और गैसों के बादलों का गुरुत्वाकर्षण संपीड़न विकिरण के दाब से बहुत प्रभावित होता है, विशेष रूप से जब संघनन से तारों का उत्पन्न होता है। संकुचित बादलों के अंदर बनने वाले बड़े नए तारे विकिरण के तीव्र स्तर का उत्सर्जन करते हैं जो बादलों को स्थानांतरित करते हैं, जिससे आस-पास के क्षेत्रों में प्रसार या संघनन होता है, जो उन आस-पास के क्षेत्रों में उत्पन्न दर को प्रभावित करता है।

तारों का समूह

तारे मुख्य रूप से धूल और गैसों के बड़े बादलों के क्षेत्रों में बनते हैं, जिससे तारा समूहों का निर्माण होता है। सदस्य तारों से विकिरण का दाब अंततः बादलों को परिक्षेपण कर देता है, जिसका समूह के विकास पर गहरा प्रभाव पड़ सकता है।

कई खुले क्लस्टर स्वाभाविक रूप से अस्थिर होते हैं, एक छोटे से पर्याप्त द्रव्यमान के साथ प्रणाली का पलायन वेग घटक तारों के औसत वेग से कम होता है। कुछ मिलियन वर्षों के भीतर ये समूह तेजी से परिक्षेपण जाएंगे। कई स्थितियों में, गर्म नए तारों के विकिरण दाब से बनने वाले समूह से निकलने वाली गैस तेजी से प्रसार की स्वीकृति देने के लिए समूह द्रव्यमान को कम कर देती है।

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साफ मध्य क्षेत्र (कलाकार की अवधारणा) के साथ प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क।

तारा निर्माण

तारा निर्माण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अंतरातारकीय अंतरिक्ष में आणविक बादलो के अंदर सघन क्षेत्र संकुचित होकर तारे बनते हैं। खगोल विज्ञान की शाखा के रूप में, तारा निर्माण में तारा निर्माण प्रक्रिया के पूर्वगामी के रूप में अंतरातारकीय माध्यम और विशाल आणविक बादलो (जीएमसी) का अध्ययन और इसके तत्काल उत्पादों के रूप में प्रोटोस्टार और नए तारकीय वस्तुओं का अध्ययन सम्मिलित है। तारा निर्माण सिद्धांत, साथ ही एकल तारा निर्माण के लिए लेखांकन, बाइनरी तारा के आंकड़ों और प्रारंभिक द्रव्यमान फलन के लिए भी गणना होनी चाहिए।

तारकीय ग्रह प्रणाली

ग्रह प्रणालियों को सामान्य रूप से उसी प्रक्रिया के हिस्से के रूप में माना जाता है जिसके परिणामस्वरूप तारा निर्माण होता है। सौर निहारिका कहे जाने वाले आणविक बादल के गुरुत्वीय पतन से प्रोटोप्लानेटरी डिस्क बनती है, और फिर संघट्टन और गुरुत्वाकर्षण प्रग्रहण द्वारा एक ग्रह प्रणाली में विकसित होती है। विकिरण दाब तारे के आसपास के क्षेत्र को साफ कर सकता है। जैसे-जैसे निर्माण प्रक्रिया जारी रहती है, पदार्थ के वितरण को प्रभावित करने में विकिरण दाब की भूमिका बनी रहती है। विशेष रूप से, धूल और कणीय तारे में सर्पिल हो सकते हैं या विकिरण दाब की प्रक्रिया के अंतर्गत तारकीय प्रणाली से बच सकते हैं।

File:Comet Hale-Bopp 1995O1.jpg

धूमकेतु हेल-बोप (C/1995 O1)। धूल और गैस की पुच्छ पर विकिरण का दाब और सौर वायु का प्रभाव स्पष्ट रूप से देखा जाता है।

तारकीय आंतरिक भाग

तारे के आंतरिक भाग में तापमान बहुत अधिक होता है। तारकीय मॉडल सूर्य के केंद्र में 15 MK के तापमान की भविष्यवाणी करते हैं, और विशालकाय तारों के केंद्र में तापमान 1 GK से अधिक हो सकता है। जैसे ही विकिरण दाब तापमान की चौथी सामर्थ्य के रूप में बढ़ता है, इन उच्च तापमानों पर यह महत्वपूर्ण हो जाता है। गैस के दाब की तुलना में सूर्य में विकिरण का दाब अभी भी अपेक्षाकृत अधिक कम है। सबसे भारी गैर-पतित तारों में, विकिरण दाब प्रमुख दाब घटक होता है।

धूमकेतु

सौर विकिरण का दाब धूमकेतु की पुच्छ को दृढ़ता से प्रभावित करता है। सौर ताप के कारण धूमकेतु के नाभिक से गैसें निकलती हैं, जो धूल के कणों को भी बहा ले जाती हैं। विकिरण दाब और सौर वायु तब धूल और गैसों को सूर्य की दिशा से दूर ले जाती है। गैसें सामान्य रूप से सीधी पुच्छ बनाती हैं, जबकि मंद गति से चलने वाले धूल के कण व्यापक, घुमावदार पुच्छ बनाते हैं।

विकिरण दाब के लेजर अनुप्रयोग

प्रकाशीय ट्वीजर

Main article: प्रकाशीय ट्वीजर

लेजर का उपयोग तरंग दैर्ध्य के साथ एकवर्णी प्रकाश के स्रोत $\lambda$ के रूप में किया जा सकता है। लेंस के समूह के साथ, लेजर किरण-पुंज को उस बिंदु पर $\lambda$ केंद्रित किया जा सकता है जो व्यास में (या $r=\lambda /2$) है।

इसलिए λ = 1064 नैनो मीटर के साथ P = 30 mW लेज़र के विकिरण दाब की गणना निम्नानुसार की जा सकती है।

क्षेत्र:

$A=\pi \left({\frac {\lambda }{2}}\right)^{2}\approx 10^{-12}{\text{ m}}^{2},$

सामर्थ्य:

$F={\frac {P}{c}}={\frac {30{\text{ mW}}}{299792458{\text{ m/s}}}}\approx 10^{-10}{\text{ N}},$

दाब:

$p={\frac {F}{A}}\approx {\frac {10^{-10}{\text{ N}}}{10^{-12}{\text{ m}}^{2}}}=100{\text{ Pa}}.$

इसका उपयोग प्रकाशीय ट्वीजर में कणों को रोकने या वायु मे उड़ने के लिए किया जाता है।

प्रकाश-पदार्थ परस्पर क्रिया

File:Cavity Optomechanics.png

इस प्रकाशीय-यांत्रिक विवर में, प्रकाश को दो दर्पणों के बीच प्रग्रहण और बढ़ाया जाता है। दर्पणों में से स्प्रिंग से जुड़ा हुआ है और चल सकता है। गुहा में घूमते हुए प्रकाश का विकिरण दाब बल स्प्रिंग पर दर्पण के दोलन को नम या बढ़ा सकता है।

Main article: विवर प्रकाशीय-यांत्रिकी और लेजर शीतलन

प्रत्यास्थ ठोस की सतह से लेजर स्पंद का प्रतिबिंब विभिन्न प्रकार की प्रत्यास्थ तरंगों को उत्पन्न दे सकता है जो ठोस या तरल के अंदर विस्तृत हैं। दूसरे शब्दों में, प्रकाश उत्तेजित कर सकता है और / या पदार्थ की गति को बढ़ा सकता है। यह प्रकाशीय-यांत्रिकी के क्षेत्र में अध्ययन का विषय है। सबसे कमजोर तरंगें आम तौर पर वे होती हैं जो प्रकाश के परावर्तन के समय कार्य करने वाले विकिरण दाब से उत्पन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, इस तरह के प्रकाश-दाब-प्रेरित प्रत्यास्थ तरंगों को एक अतिउच्च-परावर्तकता परावैद्युत दर्पण के अंदर देखा गया है। ये तरंगें स्थूलदर्शीय पैमाने पर प्रकाश-ठोस पदार्थ की अंतःक्रिया का सबसे मौलिक फिंगरप्रिंट (उँगली का निशान) हैं। विवर प्रकाशीय-यांत्रिकी के क्षेत्र में, प्रकाश अवरूद्ध होता है और प्रकाशीय विवर में प्रतिध्वनित रूप से बढ़ा है, उदाहरण के लिए दर्पणों के बीच। यह प्रकाश की तीव्रता (भौतिकी) को गंभीर रूप से बढ़ाने के उद्देश्य से कार्य करता है, और यह वस्तुओं और सामग्रियों पर विकिरण दाब डाल सकता है। बहुत सारी वस्तुओं का प्रकाशीय नियंत्रण (अर्थात् गति में परिचालन) महसूस किया गया है: किलोमीटर लंबे किरण-पुंज से (जैसे कि एलआईजीओ में परमाणुओं के बादलों के लिए, और सूक्ष्म-कृत्रिम ट्रैम्पोलिन से अति तरल के लिए होते है।

File:Cavity-optomechanical-spring-sensing-of-single-molecules-ncomms12311-s2.ogv

इस प्रकाशीय-यांत्रिक प्रणाली में, एकल प्रोटीन का पता लगाने के लिए विकिरण दाब बल का लाभ होता है। लेजर प्रकाश कांच के गोले के साथ परस्पर क्रिया करता है: विकिरण दाब बल इसे स्पंद करने का कारण बनता है। गोले पर एकल अणु की उपस्थिति उस (तापीय) स्पंद को विक्षुब्ध करती है, और गोले की गति में विचलन को दोलक स्पेक्ट्रम में देखा जा सकता है।

उत्तेजक या प्रवर्धित गति के विपरीत, प्रकाश वस्तुओं की गति को भी कम कर सकता है। लेज़र शीतित पदार्थ की कुछ गतिशील ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करके पूर्ण शून्य के बहुत समीप पदार्थ को ठंडा करने की विधि है। पदार्थ की गतिज ऊर्जा और तापीय ऊर्जा यहाँ विपरीत हैं, क्योंकि वे पदार्थ की ब्राउनियन कि गति से जुड़ी ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करते हैं। लेजर प्रकाश स्रोत की ओर संचरण करने वाले परमाणु लक्ष्य तत्व की अवशोषण आवृत्ति के अनुरूप डॉपलर प्रभाव का अनुभव करते हैं। परमाणु पर विकिरण का दाब विशेष दिशा में गति को धीमा कर देता है जब तक कि डॉपलर प्रभाव तत्व की आवृत्ति सीमा से बाहर नहीं निकल जाता है, जिससे समग्र शीतलन प्रभाव होता है।

लेजर-पदार्थ परस्पर क्रिया का अन्य सक्रिय अनुसंधान क्षेत्र पतली-पर्णिका प्रयोजन से आयनों या प्रोटॉन के विकिरण दाब त्वरण है। अति पतली पर्णिका पर लघु लेजर स्पंद के विकिरण दाब द्वारा चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उच्च आयन (उदाहरण के लिए आयन किरण-पुंज चिकित्सा में) ऊर्जा किरण-पुंज उत्पन्न किए जा सकते हैं।

यह भी देखें

• अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण)
• कोटर प्रकाशीय-यांत्रिक
• लेजर प्रशीतन
• लीगो
• प्रकाशीय ट्वीजर
• फोटॉन
• पॉयंटिंग वेक्टर
• पोयंटिंग की प्रमेय
• पोयंटिंग-रॉबर्टसन प्रभाव
• क्वांटम प्रकाशिकी
• सौर स्थिरांक
• सौर पाल
• सूरज की रोशनी
• तरंग-कण द्वैत
• यार्कोवस्की प्रभाव

यार्कोवस्की-ओ'कीफे-रैडज़िएव्स्की-पैडैक प्रभाव

अग्रिम पठन

• Demir, Dilek,"A table-top demonstration of radiation pressure",2011, Diplomathesis, E-Theses univie
• R. Shankar, "Principles of Quantum Mechanics", 2nd edition. [1]