شفق قطبی پدیده‌ای شگفت‌انگیز در علم نجوم است که انسان‌ها را طی هزاران سال مجذوب خود کرده است. این پدیده به وقوع می‌پیوندد زمانی که ذرات باردار ایجادشده در خورشید با لایه‌های فوقانی جو زمین تعامل دارند.
طبق گزارشی از دیجیاتو، در این نوشتار تصمیم داریم تا به بررسی دقیق‌تری درباره شفق قطبی بپردازیم.
مراحل شکل‌گیری شفق قطبی
شفق قطبی به زبان ساده به وقوع می‌پیوندد زمانی که ذرات پرانرژی خورشید با سرعت تقریبی ۷۲ میلیون کیلومتر بر ساعت به لایه‌های بالا و فوقانی جو زمین برخورد می‌کنند. هر لحظه، خورشید ذرات بارداری را از «تاج»ش، که همان جو فوقانی اوست، با همان سرعت به سمت خارج پرتاب می‌کند و این پدیده به نام «باد خورشیدی» شناخته می‌شود. هنگامی که این باد به لایه «یونوسفر» زمین برخورد می‌کند، شفق قطبی به وجود می‌آید.
به‌علاوه، این پدیده زیبا تنها از نقاط قطبی زمین قابل مشاهده است، زیرا میدان مغناطیسی سیاره ما همواره از ورود ذرات باردار به زمین جلوگیری می‌کند. به عبارت دیگر، میدان مغناطیسی زمین این ذرات را به‌سمت قطب‌های خود رهنمون می‌شود تا از آسیب رساندن آن‌ها به زمین جلوگیری کند. این ویژگی، دلیل زیبایی نوارهای رنگی موجود در آسمان‌های قطبی است.
تاریخچه کشف شفق قطبی
اگرچه ستاره‌شناس ایتالیایی «گالیلو گالیله» در سال ۱۶۱۹ واژه «شفق قطبی» را با الهام از افسانه‌های رومی و اسطوره‌های یونانی معرفی کرد، اما شواهد تاریخی نشان می‌دهد که این پدیده زیبای طبیعی حدود سی هزار سال پیش در دیوار غاری در فرانسه به تصویر کشیده شده بود.
از آن زمان به بعد، به نظر می‌رسد مردم در نقاط مختلف دنیا با دیدن این پدیده شگفت‌زده شده و داستان‌های تخیلی بسیاری راجع به آن خلق کرده‌اند. به عنوان مثال، یکی از روایات از فرهنگ‌های بومی آمریکا می‌گوید که این نوارهای رنگین در واقع ارواحی هستند که همراه با سر شیر دریایی مشغول بازی در افق‌اند. وایکینگ‌ها نیز بر این باور بودند که این پدیده بازتاب نور زره‌ی خدایان جنگجوست.
نجم‌شناسان قدیمی نیز از این پدیده در مطالعات خود یاد کرده‌اند. به عنوان نمونه، ستاره‌شناس سلطنتی بابل گزارشی درباره این پدیده را برجسته کرده است که به سال ۵۶۷ قبل از میلاد بازمی‌گردد. همچنین، منجمان چینی گزارشی از این پدیده مربوط به سال ۱۹۳ قبل از میلاد نیز به ثبت رسانده‌اند.
درک علمی پدیده شفق قطبی تا اوایل قرن بیستم چندان مشخص نبود. «کریستین بیرکلند»، دانشمند نروژی، در تبیین این پدیده نظری ارائه داد که بیان می‌کرد الکترون‌های حاصل از لکه‌های خورشیدی، پس از هدایت توسط میدان مغناطیسی به سمت قطب‌ها، این نورهای زیبا را ایجاد می‌کنند. این نظریه با پیشرفت علم تأیید شد.
چرا شفق قطبی رنگین است؟
همان‌طور که توضیح دادیم، ذرات باردار خورشیدی به وسیله میدان مغناطیسی زمین به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند و بدین ترتیب با جو زمین برهمکنش انجام می‌دهند. این برهمکنش باعث ایجاد نوارهای رنگی شفق قطبی می‌شود. به این ترتیب، رنگی بودن شفق قطبی مرهون ارتباط ترکیبات شیمیایی مختلف جو زمین با این ذرات باردار است. پدیده‌ای به نام «فلورسانس» در نهایت این نوارهای سبز رنگ زیبا را به وجود می‌آورد.
هر اتم یا مولکول موجود در جو زمین، خواه اتم هیدروژن باشد یا مولکول دی‌اکسید کربن، در این برهمکنش‌ها رنگ‌های خاص خود را دارند. رنگ‌های غالبی که در هنگام وقوع این پدیده مشاهده می‌شوند، سبز و قرمز هستند. رنگ قرمز به واسطه‌ی برهمکنش ذرات باردار خورشیدی با مولکول‌های نیتروژن و رنگ سبز نیز به علت برهمکنش با مولکول‌های اکسیژن شکل می‌گیرد.
شکل و شدت شفق قطبی
نوسانات مداوم در مقدار ذرات بارداری که از تاج خورشیدی به بیرون می‌ریزند، میزان متفاوتی از برهمکنش این ذرات با یونوسفر زمین، حرکت زمین و وجود ذرات باردار دیگر در اطراف سیاره ما، همگی بر شکل و شدت شفق تأثیر دارند. دانشمندان می‌توانند با بررسی شدت شفق قطبی اطلاعاتی درباره میدان مغناطیسی زمین و شدت ذرات باردار خورشید به دست آورند.
شفق‌های قطبی همچنین اطلاعات مهمی درباره اتمسفر زمین به دانشمندان ارائه می‌دهند. این اطلاعات شامل چگالی، سرعت جریان ذرات و قدرت جریان الکتریکی در اتمسفر می‌باشد. این پارامترها نه تنها اطلاعاتی درباره میدان مغناطیسی زمین و چگونگی گسترش آن در فضا ارائه می‌دهند، بلکه تغییرات آن در طول زمان نیز در خور اهمیت است. این اطلاعات برای حفاظت از زمین و تکنولوژی‌های فضایی در برابر ذرات باردار و خطرناک خورشیدی بسیار حیاتی است.
شفق قطبی در دیگر سیارات
شفق‌های قطبی در سیارات دیگر نیز مشاهده می‌شوند. برای بروز این پدیده، تنها وجود میدان مغناطیسی و جو در یک سیاره ملزوم است. طبق پژوهش‌های انجام‌شده، شفق قطبی در اتمسفر سیارات غول‌پیکر گازی مانند مشتری قابل مشاهده است. این امر چندان تعجب‌آور نیست، چرا که تمام این سیارات دارای میدان‌های مغناطیسی قوی هستند.
میدان مغناطیسی مشتری بیست هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین است؛ لذا شفق‌های قطبی این سیاره نسبت به شفق‌های قابل مشاهده در آسمان زمین بسیار درخشان‌ترند. جالب اینجاست که شفق قطبی در مشتری تنها ناشی از ذرات باردار خورشید نیست، بلکه قمر این سیاره به نام «Io» نیز ذرات بارداری را از سطح خود آزاد می‌کند. این قمر در واقع آتشفشانی‌ترین جسم موجود در منظومه شمسی است.
تحقیقات نشان می‌دهد که این پدیده زیبا در سیاراتی همچون زهره و مریخ نیز ثبت شده است، با وجود اینکه این سیارات میدان مغناطیسی ضعیفی دارند.
اخترفیزیکدانان و منجمان حتی توانسته‌اند شفق قطبی را در برخی از ستاره‌های کوتوله قرمز نیز ثبت نمایند. با این حال، منبع ذرات باردار مسئول ایجاد چنین پدیده‌ای در ستاره‌ها هنوز مشخص نیست.
چگونه و در کجا می‌توان شفق قطبی را مشاهده کرد؟
پاسخ این دو سؤال کلیدی می‌تواند شگفت‌انگیز باشد: شفق قطبی در کجاست و چگونه می‌توان آن را یافت؟ این پدیده را می‌توان در آسمان شب در مکان‌های نزدیک به قطب شمال مشاهده کرد. خوشبختانه، مشاهده شفق قطبی با چشم غیرمسلح هم میسر است و این خبر خوشی برای علاقه‌مندان به آسمان شب محسوب می‌شود.
نکته جالب این است که شفق‌های قطبی در تمام ۲۴ ساعت شبانه‌روز، هفت روز هفته و ۳۶۵ روز سال اتفاق می‌افتند، اما این بدان معنا نیست که به آسانی قابل مشاهده خواهند بود؛ بنابراین برای مشاهده این پدیده، باید در موقعیت مناسبی قرار گرفت.
کشور نروژ به عنوان بهترین مکان برای دیدن این پدیده حیرت‌آور شناخته می‌شود. منطقه‌ای به نام «منطقه شفق قطبی» در فاصله حدود ۲۵۰۰ کیلومتری از قطب شمال وجود دارد که می‌توان آن را به عنوان نقطه ایده‌آل برای مشاهده شفق قطبی معرفی کرد. اما شایان ذکر است که این پدیده ممکن است در عرض‌های جغرافیایی دیگری نیز ظاهر شود.
در این نقاط بهتر است از مناطق شهری فاصله بگیرید تا نور شهر مزاحمت ایجاد نکند. هر چه آسمان تاریک‌تر باشد، کیفیت مشاهده نوارهای رنگی به مراتب بهتر خواهد بود. کشورهای فنلاند، آلاسکا، کانادا و سوئد نیز از دیگر مکان‌های پرطرفدار برای تماشای این پدیده دل‌انگیز به شمار می‌روند.
سال ۱۴۰۳، بهترین زمان برای مشاهده شفق قطبی
خورشید همیشه در حال تابیدن است، اما شدت خروج ذرات باردار آن در دوره‌های ۱۱ ساله متغیر است. به عبارت دیگر، هر ۱۱ سال خورشید دچار چرخه‌ای می‌شود که در آن شدت بادها به اوج می‌رسد. در این دوره، زمین با حجم بسیار زیادی از ذرات باردار مورد بمباران قرار می‌گیرد که دلیل تشکیل قوی‌ترین و درخشان‌ترین شفق‌های قطبی است.
خبر خوب این است که ما به این دوره نزدیک هستیم و سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، زمان اوج شدت بادهای خورشیدی به حداکثر میزان خود خواهد رسید. اگرچه دانشمندان نمی‌توانند زمان دقیقی برای وقوع قوی‌ترین باد خورشیدی پیش‌بینی کنند، اما می‌دانیم که در این فاصله، قوی‌ترین جریان‌های ذرات باردار روانه زمین خواهند شد.
برخی سازمان‌های فضایی بر این باورند که پاییز و زمستان سال ۱۴۰۳، بهترین زمان برای رصد شفق‌های قطبی خواهد بود. با این حال باید در نظر داشت که این بدان معنا نیست که در سال‌های آتی مشاهده این پدیده ممکن نخواهد بود. در این زمان، تنها شدت شفق ممکن است بیشتر باشد و این امکان وجود دارد که آن را با وضوح بیشتری ببینیم.
جمع‌بندی
در این مقاله به مطالعه پدیده شگفت‌انگیز شفق قطبی پرداختیم. بررسی کردیم که چگونه این پدیده زیبا شکل می‌گیرد و در چه مکان‌ها و زمان‌هایی می‌توان آن را در آسمان رصد کرد. مشاهده کردیم که شفق‌های قطبی در دیگر سیارات نیز قابل دیدن هستند. نهایتاً اشاره کردیم که سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، بهترین زمان‌های برای مشاهده این پدیده‌اند، زیرا خورشید در دوره فعالی خود به سر می‌برد.