شفق قطبی چیست و چگونه بوجود می آید؟

اگر به مناطق اطراف قطب جنوب و شمال سفر کرده باشید حتما با یکی از زیباترین پدیده‌های جهان روبه‌رو شده‌اید.

شفق قطبی (Aurora) نمایشی از نورهای طبیعی است که در آسمان ظاهر می‌شود. شفق‌های قطبی فقط در هنگام شب قابل مشاهده هستند و معمولا در عرض‌های جغرافیایی قطبی دیده می‌شوند. شفق‌های قطبی به رنگ‌های آبی، قرمز، زرد، سبز و نارنجی هستند که مانند پرده‌هایی که با ورزش باد تکان می‌خورند شکل خود را تغییر می‌دهند.

در مدار قطب جنوب و قطب شمال، که در زاویه‌ی ۶۶.۵ درجه‌ای نسبت به شمال و جنوبِ استوا قرار گرفته‌اند، تقریبا هرشب می‌توان شفق‌های قطبی را مشاهده کرد. این نورها در مدار شمالی شفق‌های شمالی یا نورهای شمالی نامیده می‌شوند. در مدار جنوبی به این نورها شفق‌های جنوبی یا نورهای جنوبی گفته می‌شود.

شفق‌ قطبی و بادهای خورشیدی

اگرچه شفق‌ قطبی در هنگام شب دیده می‌شود، آنچه آن‌را به‌وجود می‌آورد، از خورشید آغاز می‌گردد. خورشید یک گویِ عظیم از گازهای بسیار داغ است که از ذراتی دارای بار الکتریکی به نام یون ساخته شده‌اند. این یون‌ها که به‌طور مداوم از سطح خورشید ساطع می‌شوند بادهای خورشیدی نام دارند.

بادهای خورشیدی پس از نزدیک شدن به زمین با میدان مغناطیسیِ زمین برخورد می‌کنند. بدون میدان مغناطیسیِ زمین که از سیاره‌ی ما محافظت می‌کند، بادهای خورشیدی اتمسفرِ شکننده‌ی زمین را از بین می‌برند و زندگی بر روی کره‌ی زمین غیرممکن خواهد شد. مگنتوسفر از ورود بخش عظیمی از بادهای خورشیدی به زمین جلوگیری می‌کنند؛ بنابراین یون‌های بادهای خورشیدی در اطراف کره‌ی زمین سرگردان می‌شوند و در فواصل دورتری در منظومه‌ی شمسی گردش می‌کنند.

باوجود این‌که مگنتوسفر از ورود بخش عظیمی از  بادهای خوردشیدی به زمین جلوگیری می‌کنند، برخی از یون‌های این بادها در مناطق حلقه‌ای اطراف سیاره‌ی زمین به دام می‌افتند. این مناطق در قسمتی از اتمسفر به نام یونوسفر در اطراف قطب‌های ژئومغناطیسیِ زمین در مسافتی حدود ۱۳۰۰ کیلومتر متمرکز می‌شوند و به آهستگی حرکت می‌کنند.

در منطقه‌ی یونوسفر، یون‌های بادهای خورشیدی با اتم‌های اکسیژن و نیتروژن اتمسفرِ زمین برخورد می‌کنند. انرژی‌ای که در این برخوردها آزاد می‌شود باعث ایجاد یک هاله‌ی درخشان در اطراف قطب‌های زمین می‌شود. این هاله‌ی درخشان، همان آرورا یا شفق‌ قطبی است. بیشتر شفق‌های قطبی در حدود ۹۷ تا ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین رخ می‌دهند.

جذاب‌ترین شفق‌های قطبی زمانی اتفاق می‌افتند که بادهای خورشیدی در قدرتمندترین وضعیت خود قرار دارند. بادهای خورشیدی معمولا به صورت مداوم رخ می‌دهند اما آب‌وهوای خورشیدی (گرم شدن و خنک شدن بخش‌های خورشید) روزانه تغییر می‌کند.

آب‌وهوای خورشید اغلب در لکه‌های خورشیدی محاسبه می‌شود. لکه‌های خورشیدی سردترین قسمت‌های خورشید هستند و به‌صورت لکه‌هایی بر روی سطح سفید و گرمِ خورشید ظاهر می‌شوند. شعله‌های خورشیدی و توده‌هایی از هاله‌های خورشیدی به‌عنوان لکه‌های خورشیدی شناخته می‌شوند.

این پدیده‌ها ناشی از انفجارهای ناگهانیِ انرژی در بادهای خورشیدی هستند. فعالیت لکه‌های خورشیدی طیِ یک چرخه‌ی ۱۱ ساله ردیابی می‌شوند. در زمان اوج لکه‌های خورشیدی شفق‌های قطبی را می‌توان درخشان و به‌طور مداوم مشاهده کرد.

برخی از فعالیت‌های مضاعف بادهای خورشیدی در هر اعتدال رخ می‌دهند. این نوسانات منظم به‌عنوان طوفان‌های مغناطیسی شناخته می‌شوند. طوفان‌های مغناطیسی می‌توانند در اعتدال‌های پاییز و بهار منجر به دیده شدن شفق‌های قطبی در میانگان شوند. شفق‌های قطبی تا شبه‌ جزیره‌ی یوکاتان در مکزیک قابل مشاهده هستند.

طوفان‌های مغناطیسی و شفق‌های فعال می‌توانند در ارتباطات اختلال ایجاد کنند. آن‌ها باعث اختلال در سیگنال‌های رادیویی و راداری می‌شوند. طوفان‌های شدید مغناطیسی منجر به از کار افتادن ماهواره‌های ارتباطی می‌شوند.

رنگ شفق قطبی

رنگ‌ شفق‌های قطبی می‌توانند باتوجه به ارتفاع و نوع طوفانی که منجر به به‌وجود آمدنِ آن شده است، متغیر باشد. اگر یون‌های بادهای خورشیدی با اتم‌های اکسیژن در ارتفاع بالایی در اتمسفر برخورد کنند، نور قرمز تولید می‌شود.

شفق‌ قطبی با نورِ قرمز پدیده‌ای غیرعادی است. شفق‌ قطبی با رنگ سبز و زرد تصویری آشنا است که معمولا با برخورد یون‌ها و اتم‌های اکسیژن در ارتفاعات پایین در اتمسفر به‌وجود می‌آید. نورهای آبی و قرمز که در لبه‌های شفق‌ قطبی دیده می‌شود توسط برخورد یون‌ها با اتم‌های نیتروژن به‌وجود می‌آیند.

یون‌هایی که به اتم‌های هیدروژن و هلیم برخورد می‌کنند منجر به تولید هاله‌های نور آبی و بنفش می‌شوند. البته چشمان ما به‌ندرت می‌تواند این بخش از طیف الکترومغناطیس را تشخیص دهد.

آیا شفق قطبی در سیاره های دیگر مشاهده می شوند؟

مسلما سیاره‌های دیگر هم شاهد پدیده‌ی شفق قطبی هستند. این پدیده تنها در کره‌ی زمین اتفاق نمی‌افتد. اگر یک سیاره دارای میدان مغناطیسی و اتمسفر باشد حتما با پدیده‌ی آرورا روبه‌رو خواهد شد. تاکنون شفق‌های قطبی زیبایی در مشتری و زحل دیده شده‌اند.