به گزارش غروب شهر، شفق قطبی یک پدیده نجومی دلنشین است که هزاران سال است توجه بشر را به خود جلب کرده است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که ذرات باردار خورشید با لایه‌های بالایی اتمسفر زمین برهم‌کنش می‌کنند.
شفق قطبی چگونه شکل می‌گیرد؟
به زبان ساده، شفق قطبی زمانی آغاز می‌شود که ذرات پرانرژی خورشید با سرعت حدود ۷۲ میلیون کیلوم‌تر بر ساعت به لایه بالایی اتمسفر زمین برخورد می‌کنند. خورشید در هر لحظه ذرات باردار را از تاج یا جو فوقانی خود با این سرعت به فضا پرتاب می‌کند که به آن باد خورشیدی می‌گویند. وقتی باد خورشیدی به یونوسفر یا جو فوقانی زمین می‌رسد، شفق قطبی پدیدار می‌شود.
این زیبایی بصری تنها در قطب‌های کره زمین قابل مشاهده است زیرا می‌دان مغناطیسی زمین مدام ما را در برابر هجوم ذرات باردار محافظت می‌کند. می‌دان مغناطیسی ذرات را به سمت قطب‌ها هدایت می‌کند تا آسیبی به زنده‌ها نرسانند و این امر باعث می‌شود ناظر نوار‌های رنگارنگ زیبا در آسمان قطب‌ها باشیم.
تاریخچه کشف
اگرچه منجم ایتالیایی گالیلو گالیله در سال ۱۶۱۹ نام شفق قطبی را با الهام از خدای رومی و اله یونان باستان ابداع کرد، اما مطالعات تاریخی نشان می‌دهد این پدیده نزدیک به سی هزار سال پیش بر دیواره غاری در فرا‌نسه نقاشی شده بود. از آن زمان تا به امروز، مردم در سراسر جهان از دیدن این پدیده شگفت‌زده شده و افسانه‌های گوناگونی در توصیف آن آفریده‌اند. یکی از افسانه‌های آمریکای شمالی می‌گوید این نوار‌های رنگی ارواحانی هستند که با سر شیر دریایی بازی می‌کنند، در حالی که وایکینگ‌ها معتقد بودند این نور از زره خدایان جنگجوی ماوراء‌الطبیعی بازتاب می‌یابد.
منجمان باستان نیز از این پدیده در آثار خود یاد کرده‌اند. منجم سلطنتی بابل گزارش خود را درباره شفق قطبی روی لوحه‌ای مربوط به سال ۵۶۷ پیش از می‌لاد ثبت کرده است. گزارشی از منجمان چینی مربوط به سال ۱۹۳ پیش از می‌لاد نیز از این پدیده به ثبت رسیده است.
علم پشت این پدیده دلنشین تا آغاز قرن بیستم ناشناخته بود. کریستین بیرکلند، دانشمند نروژی، نظریه داد که الک‌ترون‌هایی که از لکه‌های خورشیدی ساطع می‌شوند، پس از هدایت شدن به سمت قطب‌های زمین توسط می‌دان مغناطیسی، این نور‌های زیبا را تشکیل می‌دهند. این نظریه با پیشرفت علم تأیید شد.
چرا شفق قطبی رنگی است؟
همان‌طور که گفته شد، ذرات باردار خورشیدی توسط می‌دان مغناطیسی سیاره ما به سمت قطب‌ها هدایت شده و با جو زمین برهم‌کنش می‌کنند. این برهم‌کنش نوار‌های رنگی را ایجاد می‌کند. علت رنگی بودن شفق قطبی، برهم‌کنش ترکیبات شیمیایی متفاوت جو زمین با ذرات باردار است. پدیده فلورسانس باعث پدیدار شدن نوار‌های سبز رنگ دلنشین می‌شود.
هر اتم یا مولکولی که در اتمسفر زمین وجود دارد، چه هیدروژن باشد یا کربن دی‌اکسید، رنگ‌های منحصر به فرد خود را در این برهم‌کنش‌ها نشان می‌دهد. رنگ‌های غالب در آسمان، سبز و قرمز هستند. رنگ قرمز ناشی از برهم‌کنش ذرات باردار خورشیدی با مولکول‌های نیتروژن و رنگ سبز تحت تأثیر برهم‌کنش با مولکول‌های اکسیژن تشکیل می‌شود.
شکل شفق قطبی و شدت آن
تغییرات مداوم در مقدار ذرات باردار خارج شده از تاج خورشید، نرخ متغیر برهم‌کنش بین این ذرات با یونوسفر زمین، حرکت سیاره و وجود ذرات دیگر در اطراف زمین، همگی بر شکل و شدت شفق تأثیر می‌گذارند. دانشمندان با مطالعه شدت شفق قطبی، اطلاعات ارزش‌مندی درباره می‌دان مغناطیسی زمین و شدت ذرات خورشید به دست می‌آورند.
این اطلاعات شامل چگالی، شدت جریان ذرات و قوت جریان الک‌تریکی در اتمسفر است که داده‌هایی درباره می‌دان مغناطیسی زمین، گسترش آن در فضا و تحولات آن در طول زمان فراهم می‌کنند. همه این‌ها برای محافظت از زمین و فناوری‌های فضایی در برابر ذرات پرخطر خورشیدی حیاتی است.
شفق قطبی در دیگر سیارات
شفق‌های قطبی در دیگر سیارات نیز قابل مشاهده است. تنها شرط برای رخ دادن این پدیده، وجود می‌دان مغناطیسی و جو در آن سیاره است. تحقیقات نشان می‌دهد شفق قطبی در اتمسفر سیارات غول گازی مانند مشتری مشاهده می‌شود که دارای می‌دان‌های مغناطیسی قوی هستند. می‌دان مغناطیسی مشتری بیست هزار برابر قوی‌تر از زمین است، بنابراین شفق‌های آن بسیار درخشان‌تر از شفق‌های زمین هستند.
نکته جالب این است که شفق قطبی در مشتری تنها توسط ذرات خورشید تشکیل نمی‌شود. قمر آیو مشتری، که آتشفشانی‌ترین جسم منظومه شمسی است، نیز ذرات باردار تابش می‌دهد که در شکل‌گیری شفق‌های مشتری نقش دارد.
این پدیده در سیاراتی مانند زهره و مریخ نیز ثبت شده است، با وجود اینکه این سیارات می‌دان مغناطیسی بسیار ضعیفی دارند. اخترفیزیکدانان حتی موفق شده‌اند شفق قطبی را در برخی ستاره‌های کوتوله قرمز نیز رصد کنند، هرچند منشأ ذرات باردار در ستاره‌ها هنوز ناشناخته است.
کجا و چه زمانی می‌توان شفق قطبی را مشاهده کرد؟
این پدیده را می‌توان در آسمان شب در مکان‌های نزدیک به قطب شمال با چشم غیر‌مسلح مشاهده کرد. شفق‌های قطبی ۲۴ ساعت در روز، هفت روز هفته و ۳۶۵ روز سال رخ می‌دهند، اما برای دیدن آن‌ها باید در مکان مناسب و در آسمان تاریک باشید. بهترین مکان برای مشاهده، سرزمین نروژ و به ویژه منطقه شفق قطبی در فاصله حدود ۲۵۰۰ کیلوم‌تری از قطب شمال است. با این حال در عرض‌های جغرافیایی دیگر نیز می‌توان با احتمال زیاد این پدیده را دید.
برای مشاهده بهتر، باید تا حد امکان از شهر‌ها و آلودگی نوری دور باشید. هرچه آسمان تاریک‌تر باشد، نوار‌های رنگی با کیفیت بهتری دیده می‌شوند. کشور‌های فنلاند، آلاسکا، کانادا و سوئد از دیگر مقاصد محبوب برای رصد شفق قطبی هستند.
سال ۱۴۰۳، بهترین زمان برای رصد شفق قطبی
خورشید مدام در حال تابش است، اما شدت خروج ذرات باردار در بازه‌های ۱۱ ساله دچار تغییر می‌شود. هر ۱۱ سال خورشید وارد یک چرخه می‌شود که در آن شدت باد‌های خورشیدی به حداکثر می‌رسد و زمین با مقادیر زیادی از ذرات باردار بمباران می‌شود. در این دوره نیرومند‌ترین و درخشان‌ترین شفق‌های قطبی روی زمین دیده می‌شوند.
اکنون به این دوره بسیار نزدیک هستیم و در سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، شدت باد‌های خورشیدی به اوج خود می‌رسد. دانشمندان نمی‌توانند زمان دقیق وقوع شدید‌ترین باد خورشیدی را پیش‌بینی کنند، اما می‌دانند که در این دوره قوی‌ترین جریان‌های ذرات به سمت زمین روانه می‌شوند. برخی سازمان‌های فضایی معتقدند پاییز و زمستان سال ۱۴۰۳ بهترین زمان برای رصد شفق‌های قطبی است، هرچند در سال‌های آتی نیز مشاهده امکان‌پذیر است، تنها با شدت و وضوح کمتر.
جمع‌بندی
در این مقاله پدیده دلنشین شفق قطبی مرور شد. نحوه شکل‌گیری، مکان‌ها و زمان‌های مشاهده، وجود شفق در دیگر سیارات و اینکه سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴ به دلیل افزایش فعالیت خورشید بهترین سال‌های رصد هستند، بررسی گردید.
سوالات متداول
شفق قطبی چطور شکل می‌گیرد؟ شفق قطبی زمانی آغاز می‌شود که ذرات پرانرژی خورشید با سرعت حدود ۷۲ میلیون کیلوم‌تر بر ساعت به لایه بالایی اتمسفر زمین برخورد می‌کنند. برهم‌کنش این ذرات با جو زمین باعث پدیدار شدن نور‌های رنگارنگ زیبا به نام شفق قطبی می‌شود.
آیا شفق قطبی در سیارات دیگر نیز مشاهده شده است؟ بله. شفق قطبی در سیارات دیگر، به‌ویژه سیارات غول گازی مانند مشتری مشاهده شده است. این پدیده حتی در سیارات زهره و مریخ که می‌دان مغناطیسی ضعیفی دارند نیز ثبت شده است.