شفق قطبی چیست و به چه دلیل رخ می‌دهد؟ – به زبان ساده
در این مطلب در مورد شفق قطبی و ویژگی‌های آن صحبت می‌کنیم. در حقیقت باید گفت شفق قطبی یک نور طبیعی است که در آسمان می‌درخشد. شفق‌های قطبی فقط در شب قابل مشاهده هستند و معمولاً فقط در نواحی پایین قطبی ظاهر می‌شوند. در ادامه ویژگی‌ها و جزئیات بیشتر شفق قطبی را مطالعه و بررسی می‌کنیم.
شفق قطبی چیست؟
شفق قطبی یک پدیده اتفاقی پراکنده و به طور کلی ضعیف است که معمولاً در آسمان شب از مکان‌هایی با عرض‌های جغرافیایی زیاد دیده میشود. این پدیده معمولاً به عنوان نورهای شمالی نیز شناخته میشود. این پدیده ممکن است در ابتدا به صورت یک درخشش کم رنگ و شیری رنگ ظاهر شود. همچنین شفق قطبی در شمال کم و برای چشم انسان بسیار کم نور است و نمی‌تواند هر رنگی را تشخیص دهد اما به اندازه کافی درخشان است تا ابرهای نزدیک افق را نشان دهد.
شفق قطبی یا Aurora ممکن است به شکل قوس‌های مایل به سبز درآید یا پرده‌های تابان و چرخشی از نور زرد-سبز ایجاد کند. در طول چشمگیرترین نمایش‌هایی که از مناطق در عرض جغرافیایی میانی مانند اروپای مرکزی و ایالات متحده قابل مشاهده است، درخشندگی زرشکی بیشتر آسمان را فرا گرفته است. این شکل بود که دانشمندان اروپایی در دهه 1600 را تشویق کرد تا پدیده شفق قطبی را به معنای واقعی کلمه سپیده دم شمالی بنامند، اما شفق قطبی در عرض‌های جغرافیایی جنوبی بالا نیز، جایی که به طور رسمی شفق قطبی سپیده دم جنوبی نامیده میشود نیز رخ می‌دهد.
بسیاری از گزارش‌های تاریخی از نورهای شمالی از مناطق بسیار جنوبی محل معمول آن نیز وجود دارد. در یک رکورد اولیه چین، این پدیده را ابر سرخی که در سراسر آسمان پخش شده است، توصیف میکند. سنکا فیلسوف رومی نوشت که یک شفق قطبی در قرن 37 امپراتور را فریب داد تا نیروهایی را برای كمک به بنياد سوزان اوستیا بفرستد، زیرا كه درخشش آسمان در قسمت اعظم شب ادامه داشت و مانند آتشی وسیع و دودزا و كم نور می‌درخشید. در سال 1583 شفق قطبی که مشابه آتش سوزی در هوا بود هزاران زائر فرانسوی را بسیج کرد تا دعا کنند و از خشم خدا جلوگیری شود. در 15 سپتامبر 1839، یک شفق قطبی آتش نشانان را در سراسر لندن اعزام کرد.
باد خورشیدی چیست؟
علت بارش ذرات باردار که باعث ایجاد نورهای شمالی یا شفق قطبی می‌شوند، چیست؟
درک اینکه چگونه میدان مغناطیسی زمین به چنین رویدادهایی واکنش نشان می‌دهد، اکنون مورد توجه بسیاری از تحقیقات خورشیدی و فضایی قرار گرفته است. ما به طور فزاینده به فناوری‌هایی وابسته هستیم که به تغییرات محیط فضا بسیار حساس هستند، تغییراتی که در مجموع آب و هوای فضا نامیده می‌شوند.
رویدادهای گذرا بر روی خورشید میتوانند ابرهای ذرات سریع را ایجاد کنند که تاثیر باد خورشیدی را بر روی زمین بسیار تشدید میکند. شعله‌های خورشیدی ممکن است ساعت‌ها مواد را از سطح خورشید منفجر کنند. مناطقی که سوراخ‌های تاجی نامیده می‌شوند، سیلاب‌های وسیعی از باد خورشیدی را ایجاد می‌کنند و ممکن است ماه‌ها طول بکشند. با این حال شگفت انگیزترین اثرات آب و هوایی فضا، زمانی بوجود می‌آید که ابرهای عظیمی از مواد از جو خورشیدی فوران کرده و به سمت زمین حرکت می‌کنند. دانشمندان این فوران ها را بیرون انداختن توده تاج یا CME می‌نامند.
در حقیقت باید گفت که قسمتی از میدان مغناطیسی خورشید دچار یک اختلال ناگهانی میشود و مانند یک نوار لاستیکی کشیده شده و می‌پیچد تا زمانی که با صدای خاصی موجب انفجار شود. در این صورت بیش از یک میلیارد تن ماده از خورشید با سرعت 2000 کیلومتر در ثانیه دور میشود. وقتی یک CME به حباب مغناطیسی زمین برخورد میکند به سمتی از زمین که به روی خورشید است نزدیکتر میشود و تغییرات ناگهانی را ایجاد میکند. در نتیجه یک طوفان ژئومغناطیسی در حقیقت افزایش ذرات در جو زمین است.
گاهی اوقات یک CME سریع از یک یا چند CME که در راه هستند پیشی می‌گیرد و ادغام می شود و منجر به ایجاد یک CME آدم خوار میشود که می‌تواند تأثیر ویژه‌ای داشته باشد. طوفان‌های بسیار قوی باعث می‌شوند که بیضی‌های شفق قطبی گسترش یافته و از مکان‌های عادی خود به سمت جنوب حرکت کنند و بدین ترتیب نورهای شمالی را در عرض‌های جغرافیایی بسیار کمتر از حالت عادی به تماشاگران آسمان می‌رساند.
یکی از مهمترین فضاپیماهای موجود در ناوگان که اکنون برای نظارت بر خورشید اختصاص داده شده رصدخانه خورشیدی و هلیوسفری (SOHO) است که پروژه مشترک ناسا و ESA است. در دسامبر 1995 این فضاپیما به فضا پرتاب شد و در مدار خود حول یک نقطه پایدار پویا در فاصله 1/5 میلیون کیلومتر (932000 مایل) به سمت خورشید و زمین قرار گرفت. این فضاپیما از آن نقطه دید بی وقفه‌ای به خورشید دارد.
بیرون ریختن جرم تاج، شعله‌های خورشیدی و سوراخ‌های تاجی در قسمت فعال لکه‌های خورشیدی در یک چرخه 11 ساله بیشتر اتفاق افتاده است. این چرخه در سال 2000 به اوج خود رسید و حداکثر ثانویه آن در سال 2002 رخ داد. این بدان معناست که فعالیت خورشیدی پس از آن به صورت نزولی است و تا سال 2006 به کاهش خود ادامه داده است. پس از آن فعالیت به تدریج افزایش یافته زیرا خورشید در اوایل یا بعد از سال 2010 به حداکثر فعالیت خود رسیده است.
به طور کلی شانس دیدن و مشاهده شفق قطبی به ویژه در کانادا و ایالات متحده چندان پایین نیست. از آنجا که قطب مغناطیسی شمالی در آمریکای شمالی قرار دارد، بیضی شفق قطبی به جنوب آنجا می‌رسد. این بدان معناست که ناظران در عرض جغرافیایی معین در آمریکای شمالی شانس بیشتری برای دیدن شفق قطبی نسبت به آن‌ها در عرض جغرافیایی مشابه در اروپا یا آسیا دارند. به عنوان مثال دو شهر رم و شیکاگو در عرض جغرافیایی 42 درجه قرار دارند، اما رم به طور متوسط یک شفق قطبی در هر دهه دارد در حالی که شیکاگو می‌تواند هر ساله حدود 10 مورد را ببیند.
در تصویر ۳، ماهواره Dynamics Explorer 1 (DE-1) شفق قطبی عظیمی را که در 14 مارس 1989 بر فراز مناطق قطبی جنوب زمین رخ داد، ثبت کرد. دانشمندان این تصویر را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی ترسیم کرده‌اند تا نمایی از مناطق قطبی شمال (بالا) ایجاد کنند. این تقریبی است که اگر این ماهواره بر فراز نیمکره شمالی قرار داشت، بیضوی شفق قطبی چگونه به نظر می‌رسید.
فعالیت‌های جوی نورهای شمالی یا شفق قطبی گاهی اوقات تأثیر عمیقی بر زندگی روزمره دارد. «الیاس لومیس» (Elias Loomis) محقق آمریکایی (1811-1889)، می‌نویسد: در شفق قطبی 2 سپتامبر 1859، جریان برق بر روی سیم‌های تلگراف آنقدر ثابت و قوی بود که اپراتورها در چندین خط موفق به استفاده از آن‌ها برای ارسال تلگراف به عنوان جایگزینی برای باتری شدند و برای مدتی پیام‌ها صرفاً بر روی جریانات شفق قطبی منتقل شدند.
این خاموشی می‌توانست بیشتر نیز گسترش یابد. «پال برکه» (Paal Brekke) می‌گوید: حوضچه‌های نیرو که به کل شمال شرقی ایالات متحده خدمت می‌کرد به طرز فاجعه باری نزدیک به خاموش شدن و از دست دادن توانایی خود بودند. فراتر از مشکلات مربوط به الکتریسیته و برق، جریان‌های القایی میتوانند اتصال را در خطوط لوله نفت نیز تضعیف کرده و موج مضر برق را در کابل‌های مخابراتی ایجاد کنند.
یک شفق قطبی برای ناظر یک پدیده جذاب و شگفت انگیز است، همچنین این پدیده یادآور نیروهای قدرتمند و انرژی‌های فوق العاده‌ای است که به طور معمول در محل کار فقط چند کیلومتر بالاتر از سر ما کار می‌کنند.
حقایقی جالب در رابطه با شفق قطبی
شفق قطبی که به عنوان نورهای شمالی شناخته میشود، نمایشی زنده از تعامل میدان مغناطیسی زمین با ذرات باردار خورشید است. این پدیده زیبا است و ارزش زمان گذاشتن در یک شب سرد و بازدید از عرض‌های شمالی (یا جنوبی) بالا را دارد.
شفق‌های قطبی بر قطب‌های مغناطیسی زمین قرار دارند و در یک منطقه تقریباً دایره‌ای شکل در اطراف آن‌ها قابل مشاهده هستند. از آنجا که قطب‌های مغناطیسی و جغرافیایی یکسان نیستند و بر روی هم منطبق نیستند، گاهی اوقات شفق‌های قطبی دورتر از آنچه که انتظار می‌رود در جنوب مشاهده می‌شوند در حالی که در جاهای دیگر دورتر از انتظار در شمال قرار دارند.
در نیمکره شمالی منطقه شفق قطبی در امتداد سواحل شمالی سیبری، اسکاندیناوی، ایسلند، قسمت جنوبی گرینلند و شمال کانادا و آلاسکا قرار دارد. شفق‌های قطبی در منطقه جنوب نیز قابل مشاهده هستند اما احتمال کمتری دارد که هر چه دورتر بروید رخ دهند. منطقه شفق قطبی نیمکره جنوبی بیشتر بر روی قطب جنوب یا اقیانوس جنوبی قرار دارد. برای دیدن نورهای جنوبی (یا شفق قطبی) باید به تاسمانی بروید. گاهی اوقات این پدیده در جنوب آرژانتین یا فالکلند نیز مشاهده میشود نادر هستند. در اینجا برخی از حقایق خیره کننده در مورد این نمایش‌های نوری را معرفی می‌کنیم:
چرا شفق قطبی شامل رنگ‌های متفاوت است؟
نمایشگرهای شفق قطبی هنگامی ایجاد می‌شوند که پروتون‌ها و الکترون‌ها از سطح خورشید خارج شده و به میدان مغناطیسی زمین برخورد می‌کنند. از آنجا که ذرات باردار هستند به صورت مارپیچ در امتداد خطوط میدان مغناطیسی، پروتون‌ها در یک جهت و الکترون‌ها در جهت دیگر حرکت می‌کنند. این ذرات به نوبه خود به جو نیز برخورد می‌کنند. همچنین از آنجا که ذرات باردار خطوط میدان مغناطیسی را دنبال می‌کنند، اکثر آن‌ها گازهای جو را به صورت حلقه‌ای در اطراف قطب‌های مغناطیسی و جایی که خطوط میدان مغناطیسی به هم می‌رسند، وارد می‌کنند.
آیا شفق قطبی از فضا قابل مشاهده است؟
ماهوارهها میتوانند از شفق قطبی از مدار زمین عکس بگیرند و تصاویری که به دست میآورند بسیار زیبا هستند. در واقع شفق‌های قطبی به اندازه کافی نور و روشنایی دارند به طوری که حتی در صورتی که از سیاره دیگری به آن‌ها نگاه کنید، در شب کره زمین به شدت خودنمایی می‌کنند.
مدار ایستگاه فضایی بین المللی به اندازهای شیب و انحراف دارد که حتی نورهای آسمانی زمین را که بیشتر اوقات هیچ کس متوجه آن‌ها نمی‌شود (زیرا چگالی ذرات باردار بسیار کم است) را می‌بیند. «رادنی ویرک» (Rodney Viereck) ، مدیر آزمایش‌های مربوط به پیش بینی آب و هوا در اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA)، می‌گوید که تنها زمانی که ممکن است برای فضانوردان مشکل ایجاد شود زمان طوفان‌های شدید خورشیدی است، زیرا در این زمان سطح تابش زیاد است. در این زمان تنها کاری که فضانوردان باید انجام دهند این است که به منطقه حفاظت شده‌تری از ایستگاه بروند. بر اساس بررسی‌ها طوفان‌های شدید خورشیدی میتوانند در واقع میزان تابش در اطراف ایستگاه فضایی را به دلیل برهم کنش ذرات باردار با میدان مغناطیسی زمین کاهش دهند. در همین حال فضانوردان ISS میتوانند چشم اندازهای شگفت انگیز شفق قطبی را ثبت کنند.
آیا سیارات دیگر نیز شفق قطبی را تجربه می‌کنند؟
ویاجر 1 و 2 اولین کاوشگرهایی بودند که تصاویری از شفق قطبی بر روی مشتری و زحل و بعدها اورانوس و نپتون را به ارمغان آوردند. از آن زمان تلسکوپ فضایی هابل از آن‌ها عکس‌هایی نیز گرفته است. شفق‌های قطبی در مشتری یا زحل بسیار بزرگتر و قوی تر از زمین هستند زیرا میدان‌های مغناطیسی این سیارات مرتبه‌ای شدیدتر دارند.
در اورانوس شفق‌ها عجیب‌تر می‌شوند، زیرا میدان مغناطیسی سیاره تقریباً جهت عمودی دارد، اما سیاره بر پهلوی خود می‌چرخد. این بدان معنا است که به جای حلقه‌های درخشان که در جهان‌های دیگر مشاهده می‌کنید، شفق‌های اورانوس حداقل از زمانی که توسط تلسکوپ فضایی هابل از سال 2011 بررسی و مطالعه میشود، بیشتر شبیه نقاط روشن هستند. با این حال در مورد این ویژگی قبل از اینکه توسط فضاپیماها بررسی و مطالعه شود، اطلاعاتی در دست نیست.
آیا شفق قطبی در قطب جنوب نیز قابل مشاهده است؟
گاهی اوقات شفق‌های قطبی دورتر از حد معمول از قطب‌ها قابل مشاهده هستند. در زمان فعالیت‌های بالای خورشیدی، محدوده جنوبی برای دیدن شفق قطبی می‌تواند تا جنوب اوکلاهما و آتلانتا ادامه یابد همانطور که این اتفاق در اکتبر 2011 رخ داد. این شفق قطبی احتمالاً به صورت یک رکورد در نبرد فردریکسبورگ در ویرجینیا در 1862، در طول جنگ داخلی ثبت شد.
وقتی در آن زمان نورهای شمالی ظاهر شد بسیاری از سربازان در یادداشت‌های روزانه خود به آن اشاره کردند. بر اساس نظرات کارشناسان، در حال حاضر سخت‌تر از یک قرن پیش است که بگوییم شفق قطبی بسیار روشن است یا خیر، زیرا بسیاری از آمریکایی‌ها در شهرها زندگی می‌کنند و چراغ‌ها و نور مصنوعی شفق قطبی را کمرنگ می‌کنند. بر این اساس ممکن است یک طوفان شفق قطبی در شهر نیویورک داشته باشید و اگر به بالا نگاه کنید متوجه آن نشوید.
آیا شفق قطبی یک نشانه معنوی خاص است؟
با صحبت درباره جنگ‌های داخلی شفق قطبی، چند نفر به ویژه الیزابت لیل ساکسون که در مورد این پدیده در کتاب خود در سال 1905 به نام خاطرات دوران جنگ یک زن جنوبی صحبت کرده، این نور چرخان را به عنوان یک نشانه بد معرفی کرده‌اند. با این حال اکثر مردم فقط آن را به عنوان یک نمایش غیر معمول و چشمگیر می‌شناسند. در مناطقی که چراغ و نور کمیاب است، اغلب مردم مانند یونانیان باستان این پدیده را به فال بد می‌گیرند. اینوئیت‌ها که بیشتر اوقات شفق‌های قطبی را می‌بینند، فکر می‌کردند این نورها ارواحی هستند که در آسمان بازی می‌کنند و به این دلیل برخی گروه‌ها به کودکان می‌گفتند که شب‌ها بیرون بازی نکنند تا مبادا شفق قطبی ناپدید شود و آن‌ها را با خود همراه کند. لاپلندرها فکر می‌کردند نورهای حاصل از شفق قطبی روح مردگان هستند. در نیمکره جنوبی، مردم مائوری و بومیان استرالیا نورهای جنوبی را با آتش در دنیای ارواح مرتبط کردند.
به طرز عجیبی به نظر می‌رسد در ادبیات نورس قدیم و ایسلندی چندان از شفق قطبی نام برده نشده است. وایکینگ‌ها تصور می‌کردند که این نمایش‌ها ممکن است آتش‌هایی باشند که لبه جهان را احاطه کرده‌اند و این نورها شعله‌ای از یخ شمالی یا بازتابی از خورشید هنگام دور زدن به آن سوی کره زمین است. هر سه ایده در دوره قرون وسطی توضیحات منطقی و غیر طبیعی به شمار می‌رفتند.
آیا شفق قطبی یک آتش سرد است؟
چراغ‌های شمالی شبیه آتش هستند اما مانند یک آتش گرما ندارند. گر چه دمای بالای جو می‌تواند به هزار درجه سانتیگراد برسد و گرما بر اساس سرعت متوسط مولکول‌ها است و بالاخره دمای جو همین است. اما احساس گرما یک موضوع دیگر است چگالی هوا در 96 کیلومتر بسیار پایین است به طوری که دماسنج در جایی که نمایشگرهای شفق قطبی رخ می‌دهد دمای بسیار زیر صفر را ثبت میکند.
آیا دوربین‌ها قادر به مشاهده شفق قطبی هستند؟
شفق قطبی نسبتاً کم نور است و نور قرمز بیشتر در محدوده چیزی است که شبکیه‌های چشم انسان میتوانند دریافت کنند. با این حال دوربین‌ها اغلب حساس‌تر هستند و با تنظیم نوردهی طولانی و آسمان تاریک روشن می‌توانید عکس‌های دیدنی را بگیرید.
آیا می‌توان زمان به وقوع پیوستن یک شفق قطبی را پیش بینی کرد؟
یکی از دشوارترین مشکلات در فیزیک خورشیدی، دانستن شکل میدان مغناطیسی در پرتاب جرم تاج (CME) است که اساساً یک حباب عظیم از ذرات باردار است که از خورشید بیرون زده شده است. چنین CMEهایی میدان‌های مغناطیسی خود را دارند. مشکل این است که تقریباً غیرممکن است که بگوییم میدان CME چه جهتی در زمان برخورد دارد و یک ضربه یا یک طوفان مغناطیسی دیدنی و شفق قطبی خیره کننده که با این برخورد ایجاد میشود در کدام نقطه رخ می‌دهد. در حال حاضر راهی برای اطلاع از قبل برای شفق قطبی وجود ندارد.
جمع‌بندی
در این مطلب در مورد شفق قطبی و ویژگی‌های آن صحبت کردیم. ابتدا بررسی کردیم که شفق قطبی چیست و سپس دلیل به وجود آمدن شفق قطبی را معرفی کردیم. در ادامه نیز برخی حقیقت‌ها و ویژگی‌های شفق قطبی را بیان کردیم.
مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید
