ما هي الشفق ، ولماذا تأتي بأشكال وألوان مختلفة؟ يشرح خبيران

على مدى آلاف السنين ، لاحظ البشر واستلهموا من العروض الجميلة للعصابات الخفيفة التي ترقص عبر سماء الليل المظلمة. اليوم ، نسمي هذه الأضواء الشفق: الشفق القطبي في نصف الكرة الشمالي ، والشفق الأسترالي في الجنوب.

في الوقت الحاضر ، نفهم أن الشفق القطبي ناتج عن جسيمات مشحونة من الغلاف المغناطيسي للأرض وتصادم الرياح الشمسية مع جسيمات أخرى في الغلاف الجوي العلوي للأرض. تثير هذه الاصطدامات جسيمات الغلاف الجوي ، التي تطلق الضوء بعد ذلك عندما “تسترخي” وتعود إلى حالتها غير المستثارة.

يتوافق لون الضوء مع إطلاق أجزاء منفصلة من الطاقة بواسطة جزيئات الغلاف الجوي ، وهو أيضًا مؤشر على مقدار الطاقة التي تم امتصاصها في الاصطدام الأولي.

يرتبط تواتر وشدة العروض الشفقية بالنشاط على الشمس ، والذي يتبع دورة مدتها 11 عامًا. حاليًا ، نقترب من الحد الأقصى التالي المتوقع في عام 2025.

اتصالات بالشمس

تم توثيق هذه العروض منذ فترة طويلة من قبل الشعوب في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا وأستراليا.

في القرن السابع عشر ، بدأت التفسيرات العلمية لما تسبب في ظهور الشفق القطبي في الظهور. تضمنت التفسيرات المحتملة الهواء من الغلاف الجوي للأرض الذي يرتفع من ظل الأرض ليصبح مضاءً بنور الشمس (غاليليو في 1619) وانعكاسات الضوء من بلورات الجليد على ارتفاعات عالية (رينيه ديكارت وآخرون).

اقرأ المزيد: هل تصدر الأضواء الشمالية أصواتًا تسمعها؟

في عام 1716 ، كان عالم الفلك الإنجليزي إدموند هالي أول من اقترح علاقة محتملة بالمجال المغناطيسي للأرض. في عام 1731 ، لاحظ فيلسوف فرنسي يُدعى جان جاك دورتوس دي ميران وجود مصادفة بين عدد البقع الشمسية والشفق القطبي. اقترح أن الشفق القطبي مرتبط بجو الشمس.

هنا تم ربط العلاقة بين النشاط على الشمس بالشفق القطبي هنا على الأرض ، مما أدى إلى ظهور مجالات علمية تسمى الآن “الفيزياء الشمسية” و “طقس الفضاء”.

المجال المغناطيسي للأرض كمصيدة للجسيمات

المصدر الأكثر شيوعًا للشفق القطبي هو الجسيمات التي تنتقل داخل الغلاف المغناطيسي للأرض ، وهي منطقة الفضاء التي يشغلها المجال المغناطيسي الطبيعي للأرض.

تُظهر صور الغلاف المغناطيسي للأرض عادةً كيف تحمي “فقاعة” المجال المغناطيسي الأرض من الإشعاع الفضائي وتصد معظم الاضطرابات في الرياح الشمسية. ومع ذلك ، فإن ما لا يتم تسليط الضوء عليه عادة هو حقيقة أن المجال المغناطيسي للأرض يحتوي على سكانه من الجسيمات المشحونة كهربائيًا (أو “البلازما”).

يتكون الغلاف المغناطيسي من جسيمات مشحونة هربت من الغلاف الجوي العلوي للأرض وجسيمات مشحونة دخلت من الرياح الشمسية. كلا النوعين من الجسيمات محاصرون في المجال المغناطيسي للأرض.

يتم التحكم في حركات الجسيمات المشحونة كهربائيًا بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية. تدور الجسيمات المشحونة حول خطوط المجال المغناطيسي ، لذلك عند النظر إليها على نطاق واسع ، تعمل خطوط المجال المغناطيسي بمثابة “خطوط أنابيب” للجسيمات المشحونة في البلازما.

يشبه المجال المغناطيسي للأرض المجال المغناطيسي “ثنائي القطب” القياسي ، حيث تتجمع خطوط المجال معًا بالقرب من القطبين. هذا التجميع لخطوط المجال في الواقع يغير مسارات الجسيمات ، ويديرها بشكل فعال لتعود بالطريقة التي جاءت بها ، في عملية تسمى “الانعكاس المغناطيسي”.

الغلاف المغناطيسي للأرض في ظل رياح شمسية مضطربة

خلال الظروف الهادئة والمستقرة ، تظل معظم الجسيمات في الغلاف المغناطيسي محاصرة ، وترتد بسعادة بين القطبين المغناطيسي الجنوبي والشمالي في الفضاء. ومع ذلك ، إذا تسبب اضطراب في الرياح الشمسية (مثل القذف الكتلي الإكليلي) في إصابة الغلاف المغناطيسي “بضربة” ، فإنه يصبح مضطربًا.

تتسارع الجسيمات المحاصرة ويتغير المجال المغناطيسي فجأة. الجسيمات التي كانت تقفز بسعادة بين الشمال والجنوب قد انتقلت الآن إلى موقع ارتدادها إلى ارتفاعات منخفضة ، حيث يصبح الغلاف الجوي للأرض أكثر كثافة.

نتيجة لذلك ، من المحتمل الآن أن تصطدم الجسيمات المشحونة بجسيمات الغلاف الجوي عند وصولها إلى المناطق القطبية. وهذا ما يسمى “ترسيب الجسيمات”. ثم ، عندما يحدث كل تصادم ، يتم نقل الطاقة إلى جزيئات الغلاف الجوي ، مما يثيرها. بمجرد أن يرتاحوا ، ينبعثون من الضوء الذي يشكل الشفق القطبي الجميل الذي نراه.

ستائر وألوان وكاميرات

إن العروض المذهلة للشفق القطبي وهي ترقص عبر السماء هي نتيجة التفاعلات المعقدة بين الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي.

ظهور الشفق القطبي ، واختفائه ، وإشراقه وتشكيل هياكل مثل الستائر ، والدوامات ، والأسوار المعلقة ، والموجات المتنقلة كلها تمثيلات بصرية للديناميكيات غير المرئية والمتغيرة باستمرار في الغلاف المغناطيسي للأرض أثناء تفاعلها مع الرياح الشمسية.

كما تظهر مقاطع الفيديو هذه ، يأتي الشفق القطبي بجميع أنواع الألوان.

الأكثر شيوعًا هي اللون الأخضر والأحمر ، وكلاهما ينبعث من الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي. تتوافق الشفق القطبي الأخضر مع ارتفاعات قريبة من 100 كم ، في حين أن الشفق القطبي الأحمر أعلى من ارتفاعه فوق 200 كم.

تنبعث الألوان الزرقاء من النيتروجين – والذي يمكن أن ينبعث منه أيضًا بعض اللون الأحمر. من الممكن أيضًا وجود مجموعة من الألوان الوردية والأرجوانية وحتى الضوء الأبيض بسبب مزيج من هذه الانبعاثات.

الشفق القطبي أكثر إشراقًا في الصور لأن مستشعرات الكاميرا أكثر حساسية من العين البشرية. على وجه التحديد ، تكون أعيننا أقل حساسية للألوان في الليل. ومع ذلك ، إذا كان الشفق القطبي ساطعًا بدرجة كافية ، فيمكن أن يكون مشهدًا رائعًا للعين المجردة.

أين ومتى؟

حتى في ظل ظروف طقس الفضاء الهادئ ، يمكن أن يكون الشفق القطبي بارزًا جدًا في خطوط العرض المرتفعة ، كما هو الحال في ألاسكا وكندا والدول الاسكندنافية والقارة القطبية الجنوبية. عندما يحدث اضطراب في طقس الفضاء ، يمكن للشفق القطبي أن يهاجر إلى خطوط عرض أقل بكثير ليصبح مرئيًا عبر الولايات المتحدة القارية وأوروبا الوسطى وحتى الجنوب و استراليا.

تتحكم شدة حدث الطقس الفضائي عادةً في نطاق المواقع التي يكون فيها الشفق القطبي مرئيًا. أقوى الأحداث هي الأكثر ندرة.

لذلك ، إذا كنت مهتمًا بمطاردة الشفق القطبي ، فراقب توقعات الطقس الفضائي المحلية (الولايات المتحدة وأستراليا والمملكة المتحدة وجنوب إفريقيا وأوروبا). هناك أيضًا العديد من خبراء الطقس الفضائي على وسائل التواصل الاجتماعي وحتى مشاريع علوم المواطن لصيد الشفق القطبي (مثل Aurorasaurus) التي يمكنك المساهمة فيها!

اخرج وشاهد أحد الجمال الطبيعي الحقيقي للطبيعة – الشفق القطبي ، بوابة الأرض إلى السماء.

اقرأ المزيد: النار في السماء: الأضواء الجنوبية في التقاليد الشفهية للسكان الأصليين