شفق قطبی؛ شاید شما هم با شنیدن نام آن به یاد زیبایی های محسور کننده اش بیفتید و نورهای زیبایی که به اطراف متساطع می شود و مناظری شگفت انگیز و خارق العاده را به تصویر می کشد . مناظری که شاید با نگاه به آن گویی به دنیایی دیگر سفر کرده اید و اصلا جای دیگری هستید و یا حتی در رویایی شیرین و رنگارنگ سیر می کنید، اما غافل از آن که روی زمین هستید، بیدارید و در حال مشاهده یک پدیده شگفت انگیز به نام شفق قطبی هستید.
شفق قطبی چیست؟
شفق قطبی (aurora) که به آن سپیده قطبی و نور قطبی هم می‌گویند یکی از پدیده‌های جوی بسیار زیبای کره زمین است. نور‌هایی بسیار زیبا و خیره‌کننده که در آسمان حرکت می‌کنند و معمولا شکل‌های منحنی‌مانندی دارند.
آسمان تابان میشود و نقش‌هایی با رنگ‌ها و شکل‌های گوناگون در آن دیده میشود.
این نقش و نگار‌های رنگین گاهی دارای شکل کمان یکنواخت است، گاهی ساکن است و گاهی تپنده.
گاهی متشکل از شمار زیادی پرتو است با طول موج‌های متفاوت که مانند پرده‌ها و نوار‌ها در آسمان بازی می‌کنند و پیچ و تاب می‌خورند.
رنگ درخشنده نورهای از سبز مایل به زرد به سرخ و بنفش مایل به خاکستری تغییر میکند.
زیبایی شفق، پدیده‌ای که برخی قبایل کانادایی به آن رقص ارواح می‌گویند، چشم هر ناظری را به آسمان خیره میکند.
این نورهای طبیعی زیبا که در عرض‌های جغرافیایی نزدیک به قطب دیده میشوند، در سپیده‌دم قطبی قابل مشاهده هستند.
هر چقدر به قطب شمال نزدیک شوید با توجه به مجاورت با قطب مغناطیسی شمالی زمین احتمال بیشتری برای دیدن شفق قطبی وجود دارد.
شهرهای شمالی کانادا که بسیار نزدیک به قطب شمال هستند و ایسلند مناطقی مناسب برای رویت این پدیده‌اند.
شفق‌های قطبی در نزدیکی قطب مغناطیسی شمالی ممکن است خیلی بالا باشد، ولی در افق شمالی به صورت سبز بر افروخته و در صورت طلوع خورشید به صورت قرمز کمرنگ دیده میشوند.
از ماه سپتامبر تا اکتبر و همچنین از مارس تا آوریل بیشترین احتمال دیده این پدیده وجود دارد.
در قطب جنوب نیز این پدیده اتفاق می‌افتد، ولی فقط در جنوبی‌ترین عرض جغرافیایی قابل رویت است و گاهی اوقات در آمریکای جنوبی و استرالیا شفق مشاهده میشود.
دلیل بروز پدیده شفق قطبی
بیرکلاند (B. Birkeland) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح کرد که لکه‌های خورشیدی ناحیه‌هایی هستند که از آنها باریکه‌های ذرات باردار (الکترونها) به داخل فضای اطراف گسیل میشوند.
این ذرات با رسیدن به لایه‌های بالای جو زمین، از طریق برخورد‌های الکترون در این لایه‌ها، مشابه تخلیه گاز در لوله، گاز‌ها را به تابانی وا می‌دارند. این الکترونها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر می‌گذارند.
او برای نشان‌دادن این پدیده، آزمایشی انجام داد. یک گوی مغناطیسی را که نماد زمین است، در یک جعبه شیشه‌ای خلا آویزان کرد. سپس با یک تفنگ الکترونی، به آن الکترون پرتاب کرد. در این آزمایش، در دو قطب گوی، او دو حلقه نورانی را مشاهده کرد.
در الکترومغناطیس قانونی به نام قانون دست راست وجود دارد.
شکل کلی قانون به این صورت است:
F → = q V → × B →
q در این فرمول، بار ذره است و v. بردار سرعت ذره و B بردار میدان مغناطیسی است. در آخر، F نیرویی است که به ذره وارد میشود. وقتی یک ذره باردار وارد یک میدان مغناطیسی میشود، نیرویی به آن وارد میشود که جهت آن بر اساس قانون دست راست مشخص است.
اگر جهت حرکت ذره (بردار سرعت) عمود بر میدان مغناطیسی باشد، به دلیل اینکه نیرو به سمت داخل است، به دور خطوط میدان مغناطیسی می‌چرخد (مانند سنگی که با نخ بسته شده و آن را می‌چرخانیم). اما اگر حرکت ذره دارای مؤلفه موازی با میدان مغناطیسی باشد، این مؤلفه باعث جلو رفتن ذره میشود. در این صورت، ذره مسیر مارپیچی را طی میکند.
الکترونها و پروتون‌هایی که توسط خورشید در فضا پراکنده میشوند، وقتی به زمین می‌رسند، توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می‌افتند و با حرکتی مارپیچی به سمت قطب‌ها می‌روند. ذرات به دام افتاده کمربند‌های تابشی وان آلن را تشکیل می‌دهند. (عبور از این کمربند برای فضاپیما‌های حاوی سرنشین بسیار خطرناک است).
در قطب ها، میدان مغناطیسی زمین وارد جو آن میشود. درون جو، ذرات باردار با مولکول‌های هوا برخورد می‌کنند و باعث برانگیخته شدن آنها و تابش نور میشوند. این نور‌ها شفق قطبی را می‌سازند. اتم‌های نیتروژن از خود نورهای مایل به قرمز و اتم‌های اکسیژن از خود نور سبز منتشر می‌کنند.
شفق قطبی چگونه بوجود می‌آید؟
شفق زمانی که باد‌های خورشیدی به سمت سیارات روانه شدند سیلی از ذرات باردار خورشیدی به جو و مغناطکره سیارات برخورد میکند که اینجا اگر سیاره مغناطکره مناسبی داشته باشد میتواند این ذرات را دفع کرده و سطح سیاره را از برخورد این ذرات زیانبار حفظ کند.
برخورد ذرات باردار پلاسمای خورشیدی با اتم‌ها و مولکول‌های جو زمین در لایه یونسپهر جو موجب پدید آمدن شفق قطبی یا آرورا میشود.
با برخورد ذرات باد‌های خورشیدی به مولکول‌های جو، مولکول‌های جو تحریک میشوند و انرژی دریافت می‌کنند و هر عنصری نسبت به چیدمان مداری e خود پس از دریافت انرژی، الکترون لایه تراز آن برانگیخته شده به صورتی که از لایه خود با گرفتن انرژی به لایه بالاتر رفته و به دلیل آنکه در لایه بالاتر پایدار نیست انرژی که گرفته بود را به صورت فوتون آزاد کرده و به لایه پایه خود باز می‌گردد و انرژی اضافه را به صورت تابش‌های مرئی یا نامرئی آزاد میکند.
تابش‌های مرئی شفق‌ها را می‌توان از روی زمین و در عرض‌های بالای ۶۰ درجه شمالی و جنوبی به راحتی مشاهده کرد، اما تابش‌های پرتو X و فرابنفش باید از فضا دیده شوند، چون جو زمین بسیاری از تابش‌ها را جذب و فیلتر میکند که خود یک نعمت است چرا که این تابش‌ها زیانبار هستند و اگر عکس‌های تهیه شده از فضا را که فضانوردان ایستگاه فضایی میگیرند ببینید این تابش‌ها مشخص هستند.
رنگ‌های گوناگون شفق قطبی هم مربوط به تحریک شدن مولکول‌های متفاوت موجود در جو بالایی زمین است. دو گاز اکسیژن و نیتروژن دو ماده‌ای هستندکه بیشترین فراوانی را در جو زمین دارند و رنگ‌های قرمز و سبز که در شفق‌های قطبی دیده میشوند حاصل تحریک شدن این دو گاز هستند البته وجود گاز‌های اندک دیگر در جو زمین باعث میشود تا رنگ‌های دیگر هم بعضا” دیده شوند.
حال سوال اینجاست که چرا همه عرض‌های جغفرایایی کره زمین نمیتوانند این پدیده زیبای جوی را تماشا کنند که باید اینگونه پاسخ داد، چون زمانی که مغناطکره زمین ایجاد سد میکند در برابر ذرات باردار خورشیدی این ذرات به سمت قطب‌های مغناطیسی زمین که در ناحیه شمال و جنوب کره زمین قرار دارند راهنمایی شده و جذب قطب‌های مغناطیسی میشوند که حاصل این عمل برانگیخته شدن جو فقط در نواحی شمالی و جنوبی زمین است.
دوره تناوب ظهور شفق‌های قطبی
شفق‌های قطبی معمولاً باید فقط در قطب‌ها اتفاق بیافتند. ولی به ندرت در عرض‌های جغرافیایی میانی نیز دیده میشوند وقتی که طوفان‌های مغناطیسی اتفاق می‌افتند.
طوفان‌های مغناطیسی در دورهٔ تناوب ۱۱ سالهٔ خورشیدی یا ۳ سال بعد از این دورهٔ تناوب اتفاق می‌افتند.
در این دورهٔ تناوب ۱۱ ساله که هم‌اکنون نیز ما در آن هستیم میزان فعالیت‌های خورشیدی بالا رفته و با رصد خورشید می‌توان میزان بالای این فعالیت‌ها را دید.
انرژی حاصل نیز از طریق باد‌های خورشیدی تأمین میشود.
شفق‌های قطبی در سیارات دیگر
در مشتری و زحل قطب‌های مغناطیسی قوی تری وجود دارد و هر دو آنها کمربند تشعشع بزرگی دارند؛ و شفق‌های قطبی به وضوح توسط تلسکوپ هابل در آنها دیده شده. در اورانوس و نپتون نیز شفق قطبی وجود دارد.
شفق‌های قطبی در مکانی مانند زمین توسط باد‌های خورشیدی ایجاد میشود، ولی در مشتری اقمار آن به خصوص قمر lo علت وجود این پدیده هستند.
این پدیده همچنین در مریخ و زهره نیز دیده میشود، زیرا زهره دارای مغناطیس درونی نیست.
شفق قطبی در زهره گاهی اوقات تمام سیاره را نیز می‌پوشاند. این پدیده در زهره توسط باد‌های خورشیدی تولید میشود.
همچنین در ۱۴ آگوست ۲۰۰۴ در مریخ نیز این پدیده توسط SPICAM به ثبت رسیده‌است.
تصاویر زیبا از شفق قطبی در مورمانسک روسیه را مشاهده می‌کنید.
منبع:باشگاه خبرنگاران جوان
