Ocean optics
महासागरीय प्रकाशिकी इस बात का अध्ययन है कि प्रकाश पानी और पानी में मौजूद पदार्थों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है। हालांकि अनुसंधान अक्सर समुद्र पर केंद्रित होता है, इस क्षेत्र में मोटे तौर पर नदियाँ, झीलें, अंतर्देशीय जल, तटीय जल और बड़े समुद्री बेसिन शामिल हैं। पानी में प्रकाश कैसे कार्य करता है, यह इस बात के लिए महत्वपूर्ण है कि पारिस्थितिकी तंत्र पानी के नीचे कैसे कार्य करते हैं। जलीय रिमोट सेंसिंग अनुसंधान में महासागर प्रकाशिकी के ज्ञान की आवश्यकता होती है ताकि यह समझा जा सके कि पानी के रंग से क्या जानकारी निकाली जा सकती है क्योंकि यह अंतरिक्ष में उपग्रह संवेदक से दिखाई देती है। उपग्रहों द्वारा देखे जाने वाले पानी के रंग को महासागर का रंग कहा जाता है। जबकि महासागर का रंग महासागर प्रकाशिकी का एक प्रमुख विषय है, प्रकाशिकी एक व्यापक शब्द है जिसमें समुद्र रसायन विज्ञान, कण आकार, सूक्ष्म पौधों और जानवरों की इमेजिंग और अधिक सहित केवल रंग से कहीं अधिक का अध्ययन करने के लिए ऑप्टिकल विधियों का उपयोग करके पानी के नीचे सेंसर का विकास भी शामिल है। प्रमुख शब्दावली ऑप्टिकल रूप से गहरी जहां पानी "ऑप्टिकल रूप से गहरा" होता है, नीचे आने वाली धूप को प्रतिबिंबित नहीं करता है, और समुद्र तल को मनुष्यों या उपग्रहों द्वारा नहीं देखा जा सकता है। क्षेत्रफल के हिसाब से दुनिया के अधिकांश महासागर ऑप्टिकल रूप से गहरे हैं। कुल भौतिक गहराई के संदर्भ में ऑप्टिकल रूप से गहरा पानी अभी भी अपेक्षाकृत उथला पानी हो सकता है, जब तक कि पानी बहुत गन्दा है, जैसे कि ज्वारनदमुखों में। ऑप्टिकल रूप से उथला जहां पानी "ऑप्टिकल रूप से उथला" होता है, नीचे प्रकाश को प्रतिबिंबित करता है और अक्सर मनुष्यों और उपग्रहों द्वारा देखा जा सकता है। यहाँ, समुद्री प्रकाशिकी का उपयोग यह अध्ययन करने के लिए भी किया जा सकता है कि पानी के नीचे क्या है। संवेदक को वे किस रंग के दिखाई देते हैं, इसके आधार पर शोधकर्ता आवास के प्रकारों का मानचित्र बना सकते हैं, जिसमें मैक्रोएलगी, प्रवाल, समुद्री घास के बिस्तर और बहुत कुछ शामिल हैं। उथले पानी के वातावरण के मानचित्रण के लिए महासागर प्रकाशिकी के ज्ञान की आवश्यकता होती है क्योंकि नीचे समुद्र तल के वातावरण के रंग को देखते समय पानी के रंग का हिसाब रखा जाना चाहिए। इनहेरेंट ऑप्टिकल प्रॉपर्टीज (आई. ओ. पी.) इनहेरेंट ऑप्टिकल प्रॉपर्टीज (आई. ओ. पी.) इस बात पर निर्भर करती हैं कि पानी में क्या है। ये गुण समान रहते हैं चाहे आने वाली रोशनी क्या कर रही हो (दिन या रात का समय, कम सूर्य कोण या उच्च सूर्य कोण)। अवशोषण बड़ी मात्रा में घुलनशील पदार्थों के साथ पानी, जैसे कि बड़ी मात्रा में रंगीन घुलनशील कार्बनिक पदार्थ (सीडीओएम) वाली झीलें, उच्च प्रकाश अवशोषण का अनुभव करती हैं। फाइटोप्लांकटन और अन्य कण भी प्रकाश को अवशोषित करते हैं। समुद्री बर्फ के साथ प्रकीर्णन क्षेत्र, बड़ी मात्रा में निलंबित तलछट के साथ ज्वारनदमुख और बड़ी मात्रा में हिमनदीय आटे वाली झीलें उच्च प्रकाश प्रकीर्णन वाले जल निकायों के उदाहरण हैं। प्लैंकटन, खनिज और अपशिष्ट सहित सभी कण कुछ हद तक प्रकाश को बिखेरते हैं। कण का आकार प्रभावित करता है कि विभिन्न रंगों पर कितना प्रकीर्णन होता है; उदाहरण के लिए, बहुत छोटे कण अन्य रंगों की तुलना में नीले रंगों में तेजी से प्रकाश को बिखेरते हैं, यही कारण है कि समुद्र और आकाश आम तौर पर नीले होते हैं (जिसे रेले स्कैटरिंग कहा जाता है)। बिच्छुरित किए बिना, प्रकाश कहीं भी (सूर्य या अन्य स्रोत से सीधे किरण के बाहर) "नहीं जाएगा" और हम अपने आसपास की दुनिया को नहीं देख पाएंगे। जल में एटेन्युएशन एटेन्युएशन, जिसे बीम एटेन्युएशन या बीम एटेन्युएशन गुणांक भी कहा जाता है, सभी अवशोषण और प्रकीर्णन का योग है। एक विशिष्ट दिशा में प्रकाश किरण के क्षीणन को एक उपकरण से मापा जा सकता है जिसे ट्रांसमिसोमीटर कहा जाता है। प्रत्यक्ष ऑप्टिकल गुण (एओपी) स्पष्ट ऑप्टिकल गुण (एओपी) इस बात पर निर्भर करते हैं कि पानी में क्या है (आईओपी) और सूर्य से आने वाले प्रकाश के साथ क्या हो रहा है। एओपी आईओपी पर सबसे अधिक निर्भर करता है और केवल आने वाले प्रकाश उर्फ "प्रकाश क्षेत्र" पर कुछ हद तक निर्भर करता है। प्रकाश क्षेत्र की विशेषताएँ जो एओपी माप को प्रभावित कर सकती हैं, उनमें वह कोण शामिल है जिस पर प्रकाश पानी की सतह से टकराता है (आकाश में उच्च बनाम आकाश में निम्न, और किस दिशा से कंपास) और मौसम और आकाश की स्थिति (बादल, वायुमंडलीय धुंध, कोहरा, या समुद्र की स्थिति उर्फ पानी की सतह की खुरदरापन)। रिमोट सेंसिंग रिफ्लेक्टेंस (आर. आर. एस.) रिमोट सेंसिंग रिफ्लेक्टेंस (आर. आर. एस.) समुद्र की सतह के नीचे से सभी रंगों में निकलने वाले प्रकाश का एक माप है, जो सभी रंगों में आने वाली धूप द्वारा सामान्यीकृत होता है। क्योंकि आर. आर. एस. एक अनुपात है, यह प्रकाश क्षेत्र के साथ क्या हो रहा है (जैसे कि सूर्य का कोण या वायुमंडलीय धुंधलापन) के प्रति थोड़ा कम संवेदनशील है। आर. आर. एस. को दो युग्मित स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर का उपयोग करके मापा जाता है जो एक साथ आकाश से आने वाले प्रकाश और नीचे के पानी से आने वाले प्रकाश को कई तरंग दैर्ध्य पर मापते हैं। चूँकि यह प्रकाश-से-प्रकाश अनुपात का एक माप है, ऊर्जा इकाइयाँ रद्द हो जाती हैं, और आर. आर. एस. में माप की कोणीय प्रकृति के कारण प्रति स्टेरेडियन (एस. आर.-1) की इकाइयाँ होती हैं (ऊपर की ओर प्रकाश को एक विशिष्ट कोण पर मापा जाता है, और आने वाले प्रकाश को पानी की सतह के ऊपर आधे-गोलार्द्ध क्षेत्र से एक सपाट तल पर मापा जाता है)। प्रकाश क्षीणन गुणांक (केडी) केडी प्रकाश क्षीणन (केडी) का प्रसार (या डाउनवेलिंग) गुणांक है, जिसे केवल प्रकाश क्षीणन, ऊर्ध्वाधर विलुप्त होने का गुणांक, या विलुप्त होने का गुणांक भी कहा जाता है। के. डी. प्रति मीटर (एम-1) की इकाइयों में पानी में गहराई के साथ प्रकाश की कमी की दर का वर्णन करता है। "डी" डाउनवेलिंग लाइट के लिए खड़ा है, जो आधा-अर्धगोलाकार आकार (उर्फ बास्केटबॉल का आधा) में सेंसर के ऊपर से आने वाला प्रकाश है। वैज्ञानिक कभी-कभी प्रकाश संश्लेषित रूप से सक्रिय विकिरण (पी. ए. आर.) के संदर्भ में पौधों के लिए उपलब्ध कुल दृश्यमान प्रकाश में कमी का वर्णन करने के लिए के. डी. का उपयोग करते हैं-जिसे "के. डी. (पी. ए. आर.)" कहा जाता है। अन्य मामलों में, के. डी. रंगों या तरंग दैर्ध्य के स्पेक्ट्रम पर गहराई के साथ प्रकाश में कमी का वर्णन कर सकता है, जिसे आमतौर पर "के. डी. (λ)" के रूप में लिखा जाता है। एक रंग (एक तरंग दैर्ध्य) पर के. डी. एक रंग की गहराई के साथ प्रकाश में कमी का वर्णन कर सकता है, जैसे कि 490 एन. एम. तरंग दैर्ध्य पर नीली रोशनी में कमी, जिसे "के. डी. (490)" के रूप में लिखा जाता है। सामान्य तौर पर, के. डी. की गणना बीयर के नियम और पानी की सतह के नीचे से एकत्र किए गए प्रकाश मापों की एक श्रृंखला का उपयोग करके की जाती है। बंद "बंद" से तात्पर्य है कि ऑप्टिकल समुद्र विज्ञानी मॉडल और माप की स्थिरता को कैसे मापते हैं। मॉडल किसी भी ऐसी चीज को संदर्भित करते हैं जिसे पानी में स्पष्ट रूप से मापा नहीं जाता है, जिसमें उपग्रह-व्युत्पन्न चर शामिल हैं जिनका अनुमान अनुभवजन्य संबंधों का उपयोग करके लगाया जाता है (उदाहरण के लिए, उपग्रह-व्युत्पन्न क्लोरोफिल-एक सांद्रता का अनुमान हरे और नीले रिमोट सेंसिंग परावर्तन के बीच के अनुपात से लगाया जाता है। बंद करने में माप बंद करना, मॉडल बंद करना, मॉडल-डेटा बंद करना और स्केल बंद करना शामिल है। जहाँ मॉडल-डेटा समापन प्रयोग डेटा और मॉडल के बीच गलत संरेखण दिखाते हैं, वहाँ गलत संरेखण का कारण माप त्रुटि, मॉडल के साथ समस्याएं, दोनों, या कुछ अन्य बाहरी कारक हो सकते हैं। प्राथमिक उत्पादन, फाइटोप्लांकटन, ज़ूप्लांकटन, सीग्रास बेड और कोरल रीफ जैसे उथले पानी के आवास, समुद्री जैव-भू-रसायन, ऊपरी महासागर को गर्म करने और महासागर जैविक पंप के माध्यम से गहरे पानी में कार्बन निर्यात जैसे विषयों का अध्ययन करने के लिए महासागर प्रकाशिकी को केंद्रित क्षेत्रों में लागू किया गया है। आम तौर पर महासागर प्रकाशिकी में शामिल विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम का हिस्सा अवरक्त के माध्यम से पराबैंगनी होता है, लगभग 300 एनएम से 2000 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य। समुद्र विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले सामान्य प्रकाशिक संवेदक सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकाशिक समुद्र विज्ञान संवेदक हैं पी. ए. आर. संवेदक, क्लोरोफिल-एक प्रतिदीप्ति संवेदक (फ्लोरोमीटर) और संचरणमापक। इन तीनों उपकरणों को अक्सर सी. टी. डी. (चालकता-तापमान-गहराई)-रोसेट नमूनों पर लगाया जाता है। इन उपकरणों का उपयोग कई वर्षों से सी. टी. डी.-रोसेट पर क्लिवर गो-शिप अभियान जैसे वैश्विक दोहराए जाने वाले समुद्र विज्ञान सर्वेक्षणों में किया जाता रहा है। महासागर ऑप्टिकल उपकरणों में कण आकार का उपयोग अक्सर समुद्र में कणों के आकार स्पेक्ट्रम को मापने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, फाइटोप्लांकटन जीवों का आकार कुछ माइक्रोन (माइक्रोमीटर, माइक्रोन) से लेकर सैकड़ों माइक्रोन तक हो सकता है। कणों के आकार को अक्सर यह अनुमान लगाने के लिए मापा जाता है कि कण कितनी जल्दी डूब जाएंगे, और इसलिए पौधे महासागर के जैविक पंप में कार्बन को कितनी कुशलता से अलग कर सकते हैं। समुद्री कणों और जीवों की इमेजिंग वैज्ञानिक फ्लो साइटोमेट्री और इन सीटू कैमरा सिस्टम का उपयोग करके प्लैंकटन और डिट्रिटस कणों जैसी अलग-अलग छोटी वस्तुओं का अध्ययन करते हैं। फ्लो साइटोमीटर आकार को मापते हैं और एक ट्यूब प्रणाली के माध्यम से बहने वाले अलग-अलग कणों की तस्वीरें लेते हैं; ऐसा ही एक उपकरण इमेजिंग फ्लोसाइटोबोट (आईएफसीबी) है। इन सीटू कैमरा सिस्टम को एक शोध पोत के किनारे पर तैनात किया जाता है, अकेले या अन्य उपकरणों से जुड़ा होता है, और वे पानी में मौजूद कणों की छवि बनाने के लिए पानी की तस्वीरें लेते हैं; ऐसा ही एक उपकरण अंडरवाटर विजन प्रोफाइलर (यूवीपी) है। समुद्र में उपयोग की जाने वाली अन्य इमेजिंग तकनीकों में होलोग्राफी और पार्टिकल इमेजिंग वेलोसिमेट्री (पी. आई. वी.) शामिल हैं, जो पानी के नीचे के कणों की गति को ट्रैक करने के लिए 3डी वीडियो फुटेज का उपयोग करता है। उपग्रह रिमोट सेंसिंग के समर्थन में अनुसंधान "इन सीटू" (अनुसंधान जहाजों, छोटी नौकाओं, या डॉक और घाटों पर) से किया गया महासागर प्रकाशिकी अनुसंधान उपग्रह डेटा का उपयोग करने वाले अनुसंधान का समर्थन करता है। इन सीटू ऑप्टिकल माप एक तरीका प्रदान करते हैंः 1) उपग्रह संवेदक जब वे डेटा एकत्र करना शुरू कर रहे होते हैं तो उन्हें कैलिब्रेट करें, 2) क्लोरोफिल-ए सांद्रता जैसे उत्पादों या चर को प्राप्त करने के लिए एल्गोरिदम विकसित करें, और 3) उपग्रहों से प्राप्त डेटा उत्पादों को मान्य करें। उपग्रह डेटा का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता उपग्रह द्वारा देखे गए रंग प्रोफ़ाइल के आधार पर कण आकार, कार्बन, पानी की गुणवत्ता, पानी की स्पष्टता और नीचे के प्रकार जैसी चीजों का अनुमान लगाते हैं; इन सभी अनुमानों (उर्फ मॉडल) को स्थिति में किए गए ऑप्टिकल मापों से तुलना करके मान्य किया जाना चाहिए। इन सीटू डेटा अक्सर सार्वजनिक रूप से सुलभ डेटा पुस्तकालयों जैसे सी. बी. ए. एस. एस. डेटा संग्रह से उपलब्ध होते हैं। प्रमुख योगदान देने वाले समुद्र विज्ञानी, भौतिक विज्ञानी और अन्य वैज्ञानिक जिन्होंने महासागर प्रकाशिकी के क्षेत्र में प्रमुख योगदान दिया है, उनमें शामिल हैं (अधूरी सूची): डेविड एंटोनी, मार्सेल बाबिन, पाउला बोंटेम्पी, इमैनुएल बॉस, एनिक ब्रिकाड, केंडल कार्डर, इवोना सेटिनिक, एडवर्ड फ्राय, हेइडी डायर्सन, डेविड डॉक्सरन, जीन कार्ल फेल्डमैन, हॉवर्ड गॉर्डन, चुआनमिन हू, निल्स गनर जेरलोव, जॉर्ज कट्टावर, जॉन किर्क, झोंगपिंग ली, ह्यूबर्ट लोइसेल, स्टीफन मैरिटोरेना, माइकल मिशचेंको, कर्टिस मोब्ले, ब्रूस मोंगर, आंद्रे मोरेल, माइकल मॉरिस, नॉर्म नेल्सन, मैरी जेन पेरी, रुडोल्फ। शिक्षा जबकि महासागर प्रकाशिकी अध्ययन का एक अंतःविषय क्षेत्र है जो विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू होता है, इसे अक्सर समुद्री विज्ञान और समुद्र विज्ञान के लिए स्नातक कार्यक्रमों में एक पाठ्यक्रम के रूप में नहीं पढ़ाया जाता है। कई अलग-अलग संस्थानों के स्नातक छात्रों के लिए दो ग्रीष्मकालीन पाठ्यक्रम विकसित किए गए हैं। सबसे पहले, अंतर्राष्ट्रीय महासागर रंग समन्वय समूह (आई. ओ. सी. सी. जी.) द्वारा संचालित एक ग्रीष्मकालीन व्याख्यान श्रृंखला है जो आमतौर पर फ्रांस में होती है। दूसरा, संयुक्त राज्य अमेरिका में वाशिंगटन राज्य में और बाद में मेन में "ऑप्टिकल ओशनोग्राफी क्लास" या "ओशन ऑप्टिक्स क्लास" नामक एक पाठ्यक्रम चल रहा है, जो 1985 से लगातार चल रहा है। स्वतंत्र रूप से सीखने के लिए, कर्ट मोब्ले, कॉलिन रोस्लर और इमैनुएल बॉस ने ओशन ऑप्टिक्स वेब बुक को एक ओपन-एक्सेस ऑनलाइन गाइड के रूप में लिखा। ये भी देखें संबंधित क्षेत्र और विषयः वायुमंडलीय प्रकाशिकी जल विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम का रंग प्रकाशिकी का इतिहास समुद्र विज्ञान महासागर रंग प्रकाशिक गहराई वर्णक्रमीय रंग पारदर्शिता और पारभासी दृश्य वर्णक्रम जल स्पष्टता जल दूरस्थ संवेदन जल की गुणवत्ता अंतर्निहित और स्पष्ट प्रकाशिक गुण और जल में विधियाँः अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) आर्गो (समुद्र विज्ञान) तीव्रन गुणांक बीयर-लैम्बर्ट कानून समुद्री प्रकाशिक उछाल स्कैटरिंग सेची डिस्क रिमोट सेंसिंग और रेडियोमेट्रिक विधियाँः एल्बेडो वायुमंडलीय सुधार नासा पृथ्वी विज्ञान वर्णक्रमीय संदर्भ आगे पढ़ने के लिए महासागर प्रकाशिकी वेब पुस्तक समुद्र विज्ञान अनुप्रयुक्त और अंतःविषय भौतिकी प्रकीर्णन, अवशोषण और विकिरण हस्तांतरण (प्रकाशिकी) प्रकाशिकी समुद्री जीव विज्ञान जलीय पारिस्थितिकी जैविक