شفق قطبی چیست و چگونه به وجود می‌آید؟

شفق قطبی یک پدیده جذاب نجومی است که هزاران سال است بشر را مجذوب خودش کرده است.

شفق قطبی چطور تشکیل می‌شود؟

شفق قطبی به زبان ساده زمانی تشکیل می‌شود که ذرات پرانرژی خورشید با سرعت حدودی ۷۲ میلیون کیلومتر بر ساعت به لایه بالایی اتمسفر زمین برخورد می‌کنند. در هر لحظه خورشید ذرات باردار را از «تاج» یا همان جو فوقانی خود با سرعت مذکور به بیرون پرتاب می‌کند که به آن « باد خورشیدی » می‌گویند. هنگامی که باد خورشیدی به لایه « یونوسفر » زمین یا جو فوقانی زمین برخورد می‌کند، شفق قطبی شکل می‌گیرد.

بااین‌حال این پدیده زیبا تنها در قطب‌های کره زمین قابل مشاهده است زیرا میدان مغناطیسی زمین همواره از ما در برابر هجوم ذرات باردار محافظت می‌کند. به بیان دیگر، میدان مغناطیسی زمین ذرات را به سمت قطب‌ها هدایت می‌کند تا این ذرات باردار آسیبی به ما نرسانند. همین مسیٔله سبب می‌شود تا شاهد نوارهای رنگی بسیار زیبا در آسمان قطب‌ باشیم.

تاریخچه کشف

اگرچه این منجم ایتالیایی « گالیلو گالیله » بود که در سال ۱۶۱۹ نام « شفق قطبی » را با الهام از الهه رومی و خدای یونان باستان ابداع کرد، اما مطالعات تاریخی نشان می‌دهد این پدیده زیبا حدود سی هزار سال قبل در دیواره غاری در فرانسه نقاشی شده بود.

از آن زمان تاکنون، گویا مردم در سراسر جهان از دیدن این پدیده شگفت‌‌زده می‌شدند و انواع داستان‌های تخیلی را در توصیف آن به کار می‌بردند. یکی از افسانه‌های آمریکای شمالی بیان می‌کند که این نوارهای رنگی زیبا ارواحی هستند که با سر شیر دریایی در افق توپ بازی می‌کنند، درحالی‌که وایکینگ‌ها فکر می‌کردند این پدیده نوری است که از زره خدایان ماوراء‌الطبیعی جنگویان بازتاب می‌شود.

منجمان سال‌های دور نیز از این پدیده در مطالعات خود یاد کرده‌اند. به‌عنوان مثال، منجم سلطنتی پادشاهی بابل گزارش خود از این پدیده را روی یک لوح مربوط به سال ۵۶۷ قبل از میلاد ثبت کرده است. گزارشی از منجمان چینی مربوط به سال ۱۹۳ قبل از میلاد نیز از این پدیده ثبت شده است.

علم پشت پدیده جذاب شفق قطبی تا اوایل قرن بیستم نامشخص بود. «کریستین بیرکلند»، دانشمند نروژی، در توضیح این پدیده پیشنهاد کرد الکترون‌هایی که از لکه‌های خورشیدی ساطع می‌شوند، پس از هدایت شدن به سمت قطب‌های زمین توسط میدان مغناطیسی، این نورهای زیبا را تولید می‌کنند. این نظریه با پیشرفت علم تثبیت شد.

چرا شفق قطبی رنگی است؟

همان‌طور که گفتیم، ذرات باردار خورشیدی توسط میدان مغناطیسی سیاره ما به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند و با جو زمین برهمکنش می‌کنند. برهمکنش این ذرات باردار با لایه‌ فوقانی جو زمین نوارهای رنگی را ایجاد می‌کند. به بیان دیگر علت رنگی بودن شفق قطبی اندرکنش ترکیبات شیمیایی متفاوت جو زمین با ذرات باردار است. پدیده « فلورسانس » این نوارهای سبز رنگ جذاب را پدید می‌آورد.

هر اتم یا مولکول که در اتمسفر زمین وجود دارد، چه اتم هیدروژن یا مولکول کربن دی‌اکسید، هرکدام رنگ‌های منحصربه‌فرد خود را در این اندرکنش‌ها دارند. رنگ‌های غالبی که در آسمان در هنگام رخ دادن این پدیده مشاهده می‌شود، سبز و قرمز است. رنگ قرمز توسط اندرکنش ذرات باردار خورشیدی با مولکول‌های نیتروژن و رنگ سبز در اثر اندرکنش با مولکول‌های اکسیژن ایجاد می‌شود.

شکل شفق قطبی و شدت آن

تغییر مداوم میزان ذرات بارداری که از تاج خورشیدی خارج می‌شوند، نرخ متفاوت اندرکنش میان این ذرات با یونوسفر زمین، حرکت سیاره زمین و وجود دیگر ذرات باردار در اطراف سیاره ما، همگی بر شکل و شدت شفق تأثیر دارد. دانشمندان می‌توانند با مطالعه میزان شدت شفق قطبی ، اطلاعاتی را راجع به میدان مغناطیسی زمین و شدت ذرات باردار خورشید به‌دست آورند.

شفق‌های قطبی همچنین اطلاعات ارزشمندی را در مورد اتمسفر زمین در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. ازجمله این اطلاعات می‌توان به چگالی، سرعت جریان ذرات و قدرت جریان الکتریکی در اتسمفر اشاره کرد. این پارامترها اطلاعاتی راجع به میدان مغناطیسی زمین، چگونگی گسترش آن در فضا و نحوه تغییر آن در طول زمان نیز می‌دهند. همه این‌ها برای محافظت از زمین و فناوری‌های فضایی در برابر ذرات باردار و پرخطر خورشیدی مهم است.

شفق قطبی در دیگر سیارات

شفق‌های قطبی در دیگر سیارات نیز قابل مشاهده است. تنها چیزی که برای رخ دادن این پدیده لازم است، وجود میدان مغناطیسی و جو در آن سیاره است. طبق تحقیقات انجام‌شده، شفق قطبی در اتمسفر سیارات غول گازی مثل مشتری قابل مشاهده است. جای تعجب نیست زیرا همه این سیارات دارای میدان‌های مغناطیسی قوی هستند.

میدان مغناطیسی سیاره مشتری بیست هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین است. بنابراین شفق‌های قطبی در این سیاره بسیار درخشان‌تر از شفق‌هایی است که در آسمان سیاره ما قابل مشاهده است. نکته قابل توجه این است شفق قطبی در این سیاره تنها توسط ذرات باردار خورشید ایجاد نمی‌شوند. مشتری قمری به نام «Io» دارد که ذرات باردار از سطح آن نیز تابش می‌شوند. این قمر درحقیقت آتشفشانی‌ترین جسم منظومه شمسی است.

جالب است بدانید این پدیده جذاب در سیاراتی مانند زهره و مریخ نیز ثبت شده است، با اینکه این سیارات میدان مغناطیسی بسیار ضعیفی دارند.

اخترفیزیکدانان و منجمان حتی موفق شده‌اند شفق قطبی را در برخی ستاره‌های کوتوله قرمز نیز گزارش کنند. بااین‌حال منشأ ذرات بارداری که سبب چنین پدیده‌ای در ستاره‌ها شده است نامشخص است.

کجا و چه زمانی می‌توان این پدیده جذاب مشاهده کرد؟

این دو سؤال اساسی است: شفق قطبی در کجاست و کجا می‌توان آن را مشاهده کرد. این پدیده جذاب را می‌توان در آسمان شب در مکان‌های نزدیک به قطب شمال مشاهده کرد. مشاهده شفق قطبی با چشم غیرمسلح امکان‌پذیر است و این خبر خوبی برای دوست‌داران آسمان شب است.

جالب است بدانید شفق‌‌های قطبی ۲۴ ساعت شبانه‌روز، هفت روز هفته و ۳۶۵ روز سال رخ می‌دهند اما این بدان معنا نیست که می‌توان آن را به راحتی مشاهده کرد. باید برای دیدن آن در مکان مناسبی باشید.

کشور نروژ بهترین مکان برای مشاهده این پدیده جذاب است. ناحیه‌ای به نام «منطقه شفق قطبی » در فاصله حدود ۲۵۰۰ کیلومتری از قطب شمال وجود دارد که می‌توان گفت بهترین مکان برای مشاهده شفق قطبی است. بااین‌حال در نظر داشته باشید که این پدیده را می‌توان در عرض‌های جغرافیایی دیگر هم احتمالاً مشاهده کرد.

در این نواحی بهتر است تا حد امکان از شهر دور باشید تا نور شهر اختلالی ایجاد نکند. هرچه آسمان تاریک‌تر باشد، نوارهای رنگی را با کیفیت بهتری مشاهده می‌کنید. کشورهای فنلاند، آلاسکا، کانادا و سویٔد از دیگر کشورهای محبوب برای مشاهده این پدیده جذاب هستند.

سال ۱۴۰۳، بهترین زمان برای رصد شفق قطبی

خورشید همواره درحال تابیدن است، اما شدت خروج ذرات باردار در آن در بازه‌های ۱۱ ساله دستخوش تغییر می‌شود. به بیان دیگر، هر ۱۱ سال خورشید وارد سیکلی می‌شود که در آن شدت بادها به حداکثر میزان ممکن می‌رسد. در این دوره زمین با مقادیر بسیار زیادی ذرات باردار بمباران می‌شود. همین سبب می‌شود تا شاهد قوی‌ترین و درخشان‌ترین شفق قطبی در زمین باشیم.

خبر خوب این است که حالا به این دوره بسیار نزدیک هستیم و در سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، شدت بادهای خورشیدی به حداکثر شدت خود می‌رسد. دانشمندان نمی‌توانند زمان دقیق وقوع قوی‌ترین باد خورشیدی را پیش‌بینی کنند، اما می‌دانیم که در این دوره، قوی‌ترین جریان‌های ذرات باردار به سمت زمین روانه می‌شود.

برخی سازمان‌های فضایی باور دارند پاییز و زمستان سال ۱۴۰۳ بهترین زمان برای رصد شفق‌های قطبی است. بااین‌حال در نظر داشته باشید که این بدان معنا نیست که در سال‌های آتی نمی‌توان این پدیده جذاب را مشاهده کرد. در این زمان، تنها شدت شفق بیشتر است و آن را می‌توان با وضوح بیشتری مشاهده کرد.

جمع‌بندی

در این مقاله پدیده جذاب شفق قطبی را مرور کردیم. در این مقاله خواندیم چطور این پدیده زیبا شکل می‌گیرد و در چه مکان‌ها و زمان‌هایی می‌توان آن را در آسمان مشاهده کرد. دیدیم که شفق‌های قطبی در دیگر سیارات نیز قابل مشاهده است. درنهایت خواندیم که سال ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴ بهترین سال‌های مشاهده این پدیده هستند زیرا خورشید در دوره افزایش فعالیت خود است.

شفق قطبی چطور شکل می‌گیرد؟

شفق قطبی زمانی تشکیل می‌شود که ذرات پرانرژی خورشید با سرعت حدودی ۷۲ میلیون کیلومتر بر ساعت به لایه بالایی اتمسفر زمین برخورد می‌کنند. اندرکنش این ذرات با جو زمین سبب تشکیل نورهای رنگی زیبا به نام شفق قطبی می‌شود.

آیا شفق قطبی در سیارات دیگر نیز مشاهده شده است؟

بله. شفق قطبی در دیگر سیارات به‌خصوص سیارات غول گازی مثل مشتری مشاهده شده است. این پدیده حتی در سیارات زهره و مریخ که میدان مغناطیسی ضعیفی دارند نیز ثبت شده است.