شفق قطبی یک اتفاق دلنشین نجومی است که هزاران سال است بشر را مجذوب خودش کرده است. اتفاق قطبی وقتی رخ می‌دهد که ذرات باردار خورشید با لایه بالایی اتمسفر زمین اندرکنش می‌کنند. در این مقاله تصمیم داریم زیاد تر با شفق قطبی آشنا شویم.

شفق قطبی چطور راه اندازی می‌شود؟

شفق قطبی به زبان ساده وقتی راه اندازی می‌شود که ذرات پرانرژی خورشید با شدت 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 شدت 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 اتفاق قشنگ تنها در قطب‌های کره زمین قابل مشاهده است چون میدان مغناطیسی زمین مدام از ما در برابر هجوم ذرات باردار محافظت می‌کند. به گفتن دیگر، میدان مغناطیسی زمین ذرات را به سمت قطب‌ها هدایت می‌کند تا این ذرات باردار آسیبی به ما نرسانند. همین مسیٔله جهت می‌شود تا ناظر نوارهای رنگی زیاد قشنگ در آسمان قطب‌ باشیم.

تاریخچه کشف

اگرچه این منجم ایتالیایی «گالیلو گالیله» می بود که در سال ۱۶۱۹ نام «شفق قطبی» را با الهام از الهه رومی و خدای یونان باستان ابداع کرد، اما مطالعات تاریخی مشخص می کند این اتفاق قشنگ نزدیک به سی هزار سال قبل در دیواره غاری در فرانسه نقاشی شده می بود.

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

منجمان سال‌های دور نیز از این اتفاق در مطالعات خود یاد کرده‌اند. به‌گفتن مثال، منجم سلطنتی پادشاهی بابل گزارش خود از این اتفاق 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 اتفاق به ثبت رسیده است.

علم پشت اتفاق دلنشین شفق قطبی تا اغاز قرن بیستم نامشخص می بود. «کریستین بیرکلند»، دانشمند نروژی، در توضیح این اتفاق نظر کرد الکترون‌هایی که از لکه‌های خورشیدی ساطع خواهد شد، بعد از هدایت شدن به سمت قطب‌های زمین توسط میدان مغناطیسی، این نورهای قشنگ را تشکیل می‌کنند. این نظریه با پیشرفت علم تثبیت شد.

چرا شفق قطبی رنگی است؟

همان گونه که گفتیم، ذرات باردار خورشیدی توسط میدان مغناطیسی سیاره ما به سمت قطب‌ها هدایت خواهد شد و با جو زمین برهمکنش می‌کنند. برهمکنش این ذرات باردار با لایه‌ فوقانی جو زمین نوارهای رنگی را تشکیل می‌کند. به گفتن دیگر علت رنگی بودن شفق قطبی اندرکنش ترکیبات شیمیایی متفاوت جو زمین با ذرات باردار است. اتفاق «فلورسانس» این نوارهای سبز رنگ دلنشین را پدید می‌آورد.

هر اتم یا مولکول که در اتمسفر زمین وجود دارد، چه اتم هیدروژن یا مولکول کربن دی‌اکسید، هرکدام رنگ‌های بی همتا خود را در این اندرکنش‌ها دارند. رنگ‌های غالبی که در آسمان در زمان رخ دادن این اتفاق مشاهده می‌شود، سبز و قرمز است. رنگ قرمز توسط اندرکنش ذرات باردار خورشیدی با مولکول‌های نیتروژن و رنگ سبز در تاثییر اندرکنش با مولکول‌های اکسیژن تشکیل می‌شود.

شکل شفق قطبی و شدت آن

تحول مداوم مقدار ذرات بارداری که از تاج خورشیدی خارج خواهد شد، نرخ متفاوت اندرکنش بین این ذرات با یونوسفر زمین، حرکت سیاره زمین و وجود دیگر ذرات باردار در اطراف سیاره ما، همه انها بر شکل و شدت شفق تأثیر دارد. دانشمندان می‌توانند با مطالعه مقدار شدت شفق قطبی، اطلاعاتی را راجع به میدان مغناطیسی زمین و شدت ذرات باردار خورشید به‌دست آورند.

شفق‌های قطبی این چنین اطلاعات ارزشمندی را در رابطه اتمسفر زمین در اختیار دانشمندان قرار خواهند داد. ازجمله این اطلاعات می‌توان به چگالی، شدت جریان ذرات و قوت جریان الکتریکی در اتسمفر اشاره کرد. این پارامترها اطلاعاتی راجع به میدان مغناطیسی زمین، چگونگی گسترش آن در فضا و نحوه تحول آن در طول زمان نیز خواهند داد. 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 اتفاق ملزوم است، وجود میدان مغناطیسی و جو در آن سیاره است. مطابق تحقیقات انجام‌شده، شفق قطبی در اتمسفر سیارات غول گازی همانند مشتری قابل مشاهده است. جای شگفتی نیست چون همه این سیارات دارای میدان‌های مغناطیسی قوی می باشند.

میدان مغناطیسی سیاره مشتری بیست هزار برابر نیرومندتر از میدان مغناطیسی زمین است. به این علت شفق‌های قطبی در این سیاره زیاد درخشان‌تر از شفق‌هایی است که در آسمان سیاره ما قابل مشاهده است. مسئله قابل دقت این است شفق قطبی در این سیاره تنها توسط ذرات باردار خورشید تشکیل نمی‌شوند. مشتری قمری به نام «Io» دارد که ذرات باردار از سطح آن نیز تابش خواهد شد. این قمر درحقیقت آتشفشانی‌ترین جسم منظومه شمسی است.

دلنشین است بدانید این اتفاق دلنشین در سیاراتی همانند زهره و مریخ نیز به ثبت رسیده است، با این که این سیارات میدان مغناطیسی زیاد ضعیفی دارند.

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

کجا و چه وقتی می‌توان این اتفاق دلنشین مشاهده کرد؟

این دو سوال اساسی است: شفق قطبی در کجاست و کجا می‌توان آن را مشاهده کرد. این اتفاق دلنشین را می‌توان در آسمان شب در مکان‌های نزدیک به قطب شمال مشاهده کرد. مشاهده شفق قطبی با چشم غیرمسلح مقدور است و این خبر خوبی برای دوست‌داران آسمان شب است.

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

سرزمین نروژ بهترین مکان برای مشاهده این اتفاق دلنشین است. ناحیه‌ای به نام «منطقه شفق قطبی» در فاصله نزدیک به ۲۵۰۰ کیلومتری از قطب شمال وجود دارد که می‌توان او گفت بهترین مکان برای مشاهده شفق قطبی است. بااین‌حال در نظر داشته باشید که این اتفاق را می‌توان در عرض‌های جغرافیایی دیگر هم به گمان زیادً مشاهده کرد.

در این نواحی بهتر است تا حد امکان از شهر دور باشید تا نور شهر اختلالی تشکیل 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 اتفاق دلنشین می باشند.

سال ۱۴۰۳، بهترین زمان برای رصد شفق قطبی

خورشید مدام درحال تابیدن است، اما شدت خروج ذرات باردار در آن در بازه‌های ۱۱ ساله دستخوش تحول می‌شود. به گفتن دیگر، هر ۱۱ سال خورشید داخل سیکلی می‌شود که در آن شدت بادها به حداکثر مقدار ممکن می‌رسد. در این دوره زمین با مقادیر زیاد بسیاری ذرات باردار بمباران می‌شود. همین جهت می‌شود تا ناظر نیرومندترین و درخشان‌ترین شفق قطبی در زمین باشیم.

خبر خوب این است که اکنون به این دوره زیاد نزدیک هستیم و در سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، شدت بادهای خورشیدی به حداکثر شدت خود می‌رسد. دانشمندان نمی توانند زمان دقیق وقوع نیرومندترین باد خورشیدی را پیش‌بینی کنند، اما می‌دانیم که در این دوره، نیرومندترین 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 معنی نیست که در سال‌های آتی نمی‌توان این اتفاق دلنشین را مشاهده کرد. در این زمان، تنها شدت شفق زیاد تر است و آن را می‌توان با وضوح بیشتری مشاهده کرد.

جمع‌بندی

در این مقاله اتفاق دلنشین شفق قطبی را مرور کردیم. در این مقاله خواندیم چطور این اتفاق قشنگ 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 اتفاق می باشند چون خورشید در دوره افزایش فعالیت خود است.