من أكثر المشاهد روعة في سماء الليل الشفق أو الأضواء الشمالية والجنوبية. تظهر هذه الأضواء المبهرة على شكل ستائر متموجة وأقواس لامعة وتوهجات منتشرة. معظمها بريق أخضر ، لكن بعضها يلمع باللون الأحمر أو الأزرق أو الأرجواني. تعتبر هذه العروض التي تخطف الأنفاس من عجائب الدنيا الطبيعية. لكن قلة من الناس رأوها. لماذا ا؟ تظهر الشفق القطبي بشكل كبير في سماء المناطق القطبية البعيدة للأرض.
فهم الضوء وأشكال الطاقة الأخرى أثناء التنقل
وهي تعود إلى تيار من الجسيمات المشحونة التي تتدفق باستمرار من الشمس. تُعرف هذه البلازما بالرياح الشمسية. يعمل المجال المغناطيسي للأرض على تحويل معظم الرياح الشمسية بعيدًا عن الكوكب. لكن هذا المجال المغناطيسي يعيق بعض الجسيمات في عاصفة البلازما. تنتقل هذه الجسيمات المشحونة عالية الطاقة على طول خطوط المجال المغناطيسي إلى قطبي الأرض. هناك ، تغرق الجسيمات في الغلاف الجوي ، وتصطدم بالأكسجين وذرات النيتروجين.
تثير تلك الاصطدامات الأكسجين والنيتروجين. أي أنها تعطي الذرات القليل من الطاقة الإضافية. لكن الذرات المثارة ليست مستقرة. يسترخون بسرعة في حالة غير متحمس - أو أرضي -. في هذه العملية ، تطلق الذرات الطاقة على شكل جسيمات ضوئية أو فوتونات. تشكل هذه الفوتونات الشفق.
ترقص هذه الأضواء عبر السماء فوق قطبي الأرض في منطقتين بيضاويتين الشكل. الأضواء الشمالية ، أو الشفق القطبي ، هي الأكثر وضوحًا للعيان لمراقبي السماء في ألاسكا وكندا. يلمع الشفق القطبي أيضًا فوق جرينلاند وأيسلندا والنرويج. يمكن رؤية الأضواء الجنوبية ، أو الشفق القطبي ، فوق تسمانيا ونيوزيلندا والقارة القطبية الجنوبية.
نادرًا ما يُرى الشفق القطبي بالقرب من خط الاستواء منه عند خطوط العرض التي تبلغ حوالي 70 درجة شمالًا أو جنوبًا. لكن في بعض الأحيان تفرز الشمس عمودًا هائلاً من البلازما. مثل هذا الانفجار الشديد يسمى القذف الكتلي الإكليلي. يمكن لهذه الأعمدة أن تشوه المجال المغناطيسي للأرض بشدة. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث شفق قطبي شديد يمتد بالقرب من خط الاستواء أكثر من المعتاد.
مجموعة متنوعة من الأضواء
ترسم الشفق القطبي السماء مئات الكيلومترات فوق سطح الأرض في طبقة من الغلاف الجوي تسمى الغلاف الحراري. يعتمد لون الشفق القطبي على طاقة الجسيمات المشحونة الواردة. لا تستطيع الجسيمات منخفضة الطاقة الغوص في أعماق الغلاف الجوي. تثير ذرات الأكسجين على ارتفاعات عالية - فوق حوالي 240 كيلومترًا (150 ميلاً). تتوهج ذرات الأكسجين باللون الأحمر.
الشرح:غلافنا الجوي - طبقة طبقة
الجسيمات الأكثر نشاطا تصطدم بالأكسجين على ارتفاعات منخفضة. تحدث هذه الاصطدامات على بعد 100 كيلومتر (60 ميلاً) إلى 240 كيلومترًا فوق الأرض. نظرًا لارتفاع طاقة الجسيمات الواردة ، فإنها تتسبب في إصدار ذرات الأكسجين لضوء ذي تردد أعلى. يظهر باللون الأخضر.
أكثر الجسيمات نشاطا تغطس تحت 100 كيلومتر. في مثل هذه الارتفاعات المنخفضة ، يفوق عدد ذرات النيتروجين عدد الأكسجين. تتسبب الجسيمات المتتالية في إصدار النيتروجين للضوء الأزرق أو الأرجواني. سيكون لهذا الضوء طول موجي أعلى من التوهج الأخضر للأكسجين.
الشفق القطبي يأتي في العديد من الأشكال والأحجام. ستعتمد ميزاتها على ظروف كل من الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي للأرض. أحد الأشكال الشفقية الشائعة هو ستارة طويلة من الضوء. هذه الهياكل الشاهقة تتبع جزيئات تمطر من الفضاء. يتم سحب الجسيمات عن طريق الاضطرابات في المجال المغناطيسي للأرض تسمى موجات ألفين.
يُعرف الشفق القطبي النادر باسم الكثبان الرملية. يظهر هذا النوع كسلسلة من العصابات الخضراء الموازية للأرض. يعتقد العلماء أن الخطوط الخضراء تأتي من تموجات الغاز في الغلاف الجوي ، والتي تشكل صفًا من العصابات حيث يكون الأكسجين كثيفًا بشكل خاص. تتوهج هذه النطاقات باللون الأخضر اللامع عندما تثير الجسيمات الواردة الأكسجين المكدس بإحكام.
وفي الوقت نفسه ، فإن الشفق القطبي النابض هو عبارة عن مساحات متوهجة من الضوء. يمكن أن تمتد بقع السماء هذه مئات الأميال. يضيئون بشكل متكرر ويخافون. يحدث هذا الشفق بسبب تموجات في المجال المغناطيسي للأرض تسمى موجات الكورس. تقوم الموجات بشكل دوري بتفريغ حزم من الإلكترونات في الغلاف الجوي. هذا يخلق ومضات إيقاعية من الضوء.
ليست كل الأضواء الملونة في سماء الليل عبارة عن شفق قطبي. تشمل توهجات السماء الأخرى شريطًا من الضوء يسمى STEVE. هذا اختصار لتحسين سرعة الانبعاث الحراري القوية. يومض STEVE أقرب إلى خط الاستواء من الشفق القطبي. ميزتها الرئيسية هي مسحة أرجوانية تمتد من الشرق إلى الغرب. على عكس الشفق القطبي ، لا ينتج هذا الضوء عن جسيمات آتية من الفضاء. بدلاً من ذلك ، فإن نهر من البلازما يندفع عبر الغلاف الجوي يسخن الجسيمات المحيطة من خلال الاحتكاك. تكسو الجسيمات الساخنة المتوهجة السماء باللون الأرجواني.
الشفق القطبي خارج الأرض
الشفق القطبي ليس فريدًا على الأرض. يمكن أن تتطور هذه الظواهر المذهلة أيضًا على كواكب أخرى ذات أغلفة جوية ومجالات مغناطيسية. إن الشفق القطبي لزحل والمشتري قوي جدًا لدرجة أنهما يسخنان الغلاف الجوي لعمالقة الغاز. قد يفسر هذا سبب ارتفاع درجة حرارة الكواكب ، على الرغم من كونها بعيدة جدًا عن الشمس.
أقمار كوكب المشتري يوروبا وجانيميد تظهران أيضًا بالشفق القطبي. حتى المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko لديه واحد. زارت المركبة الفضائية روزيتا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية هذه الصخرة الفضائية. يتشكل الشفق القطبي للمذنب 67P عندما تصطدم الرياح الشمسية بجزيئات في غلاف الغاز للمذنب.
اتضح أن الشفق القطبي ليس مجرد واحدة من عجائب الدنيا الطبيعية في عالمنا - ولكنه أعجوبة في العديد من العوالم الأخرى أيضًا.
