لقد سمع الجميع تقريبًا عن الأضواء الشمالية أو شاهدوا صورها. وكان البعض الآخر محظوظا بما فيه الكفاية لرؤيتهم شخصيا. لكن كثيرين لا يدركون ذلك كيف يتم تشكيلها و بسبب.
يبدأ الشفق القطبي مع توهج فلورسنت في الأفق. ثم يتضاءل وينشأ قوس مضيء يغلق أحيانًا على شكل دائرة مشرقة جدًا. ولكن كيف تتشكل وما يرتبط نشاطها؟
تشكيل الشفق القطبي
يرتبط تشكل الأضواء الشمالية بـ النشاط الشمسي، تكوين وخصائص الغلاف الجوي للأرض. لفهم هذه الظاهرة بشكل أفضل، من المثير للاهتمام أن نقرأ عن الأعاصير الفضائية.
يمكن ملاحظة الأضواء الشمالية في منطقة دائرية فوق قطبي الأرض. لكن من اين جاؤوا؟ يأتون من الشمس. تشكلت العواصف الشمسية قصفًا للجسيمات دون الذرية من الشمس. تتراوح هذه الجسيمات من اللون الأرجواني إلى الأحمر. تعمل الرياح الشمسية على تغيير الجسيمات وعندما تلتقي بالمجال المغناطيسي للأرض فإنها تنحرف ولا يُرى سوى جزء منها في القطبين.
تنتج الإلكترونات التي تشكل الإشعاع الشمسي انبعاثًا طيفيًا عندما تصل إلى جزيئات الغاز الموجودة في الغلاف المغناطيسي ، جزء من الغلاف الجوي للأرض يحمي الأرض من الرياح الشمسية ، وتسبب إثارة على المستوى الذري ينتج عنها التلألؤ. ينتشر هذا اللمعان في جميع أنحاء السماء ، مما يؤدي إلى ظهور مشهد من الطبيعة.
دراسات على الشفق القطبي
هناك دراسات تبحث في الأضواء الشمالية عندما تنتج الرياح الشمسية. يحدث هذا لأنه على الرغم من أن العواصف الشمسية معروفة بـ فترة تقريبية 11 سنة، ليس من الممكن التنبؤ بموعد حدوث الشفق القطبي. بالنسبة لجميع الأشخاص الذين يرغبون في رؤية الشفق القطبي ، فهذه مشكلة. السفر إلى القطبين ليس رخيصًا كما أن عدم القدرة على رؤية الشفق أمر محبط للغاية.
لفهم كيفية تشكل الأضواء الشمالية، من الضروري فهم العنصرين الرئيسيين المشاركين في تكوينها: الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي. الرياح الشمسية هي عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة كهربائيًا، في المقام الأول الإلكترونات والبروتونات، المنبعثة من هالة الشمس. تنتقل هذه الجسيمات إلى سرعات مذهلة، والتي يمكن أن تصل سرعتها إلى 1000 كم/ثانية، ويتم نقلها بواسطة الرياح الشمسية إلى الفضاء بين الكواكب.
من جانبه، يعمل الغلاف المغناطيسي كدرع يحمي الأرض من معظم الجسيمات الموجودة في الرياح الشمسية. ومع ذلك، في المناطق القطبية، يكون المجال المغناطيسي للأرض أضعف، مما يسمح لبعض الجسيمات باختراق الغلاف الجوي. يكون هذا التفاعل أكثر كثافة أثناء العواصف الجيومغناطيسية، عندما تكون الرياح الشمسية في أقوى حالاتها ويمكن أن تسبب اضطرابات في الغلاف المغناطيسي.
تفاعل الجسيمات مع الغلاف الجوي للأرض
عندما تخترق الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية الغلاف الجوي للأرض، فإنها تتفاعل مع الذرات والجزيئات الموجودة فيه، في المقام الأول الأكسجين والنيتروجين. إن عملية التفاعل هذه هي التي تؤدي إلى ظهور الأضواء الشمالية، والتي تولد الألوان والأشكال التي نراها في السماء. تنقل الجسيمات الشمسية الطاقة إلى الذرات والجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي، مما يثيرها ويرفعها إلى حالة طاقة أعلى.
بمجرد أن تصل الذرات والجزيئات إلى هذه الحالة المثارة، فإنها تميل إلى العودة إلى حالتها الأساسية، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة الإضافية في شكل ضوء. هذه العملية من انبعاث الضوء هي التي تنتج الألوان المميزة للأضواء الشمالية. يعتمد طول موجة الضوء المنبعث على نوع الذرة أو الجزيء المعني ومستوى الطاقة الذي تم الوصول إليه أثناء التفاعل.
الأكسجين هو المسؤول عن اللونين الأساسيين للشفق القطبي. يحدث اللون الأخضر/الأصفر عند طول موجة الطاقة 557,7 نانومترفي حين أن اللون الأحمر والأرجواني ينتج عن طول أقل تكرارًا في هذه الظواهر، 630,0 نانومتر. وعلى وجه الخصوص، يستغرق الأمر ما يقرب من دقيقتين حتى تطلق ذرة أكسجين مثارة فوتونًا أحمر، وإذا اصطدمت ذرة بأخرى خلال ذلك الوقت، فقد تنقطع العملية أو تنتهي. لذلك، عندما نرى الشفق القطبي الأحمر، فمن المرجح أن نجده في المستويات العليا من الغلاف الأيوني، على ارتفاع حوالي 240 كيلومترًا، حيث يوجد عدد أقل من ذرات الأكسجين التي تتداخل مع بعضها البعض.
الألوان والغازات: الأكسجين والنيتروجين
ألوان الأضواء الشمالية هي نتيجة تفاعل الجسيمات الشمسية مع الغازات المختلفة في الغلاف الجوي للأرض. الأكسجين والنيتروجين هما المسؤولان الأساسيان عن تنوع الألوان التي نراها في السماء أثناء الشفق القطبي. يمكن للأكسجين، عند إثارته بواسطة الجسيمات الشمسية، أن يصدر ضوءًا أخضر أو أحمر، اعتمادًا على الارتفاع الذي يحدث فيه التفاعل. على ارتفاعات منخفضة، حوالي 100 كيلومتر، يصدر الأكسجين ضوءًا أخضر، بينما على ارتفاعات أعلى، حوالي 200 كيلومتر، يصدر ضوءًا أحمر.
من ناحية أخرى، يساهم النيتروجين في الحصول على اللون الأزرق والأرجواني للأضواء الشمالية. عندما تثير الجسيمات الشمسية جزيئات النيتروجين، فإنها يمكن أن تنبعث منها ضوء أزرق أو أرجواني، مما يخلق تباينًا مع الألوان التي ينتجها الأكسجين. مزيج هذه الألوان يؤدي إلى ظهور الشفق القطبي متعدد الألوان المثير للإعجاب والذي يضيء السماء الليلية في المناطق القطبية.
ألوان الأضواء الشمالية
على الرغم من أن الأضواء الشمالية ترتبط عادةً باللون الأخضر الساطع، إلا أنها في الواقع يمكن أن تظهر بمجموعة متنوعة من الألوان. اللون الأخضر هو الأكثر شيوعاً بسبب إثارة ذرات الأكسجين على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر. لكن، على ارتفاعات مختلفة ومع أنواع مختلفة من الغازات، قد تظهر ألوان أخرى:
- اللون الأخضر: ينتج عن إثارة الأكسجين على ارتفاع 100 كم.
- اللون الأحمر: يتولد بواسطة الأكسجين على ارتفاعات أعلى، حوالي 200 كم.
- اللون الأزرق: ينتج عن تفاعل الجسيمات الشمسية مع النيتروجين.
- اللون الأرجواني: هو أيضًا نتيجة لإثارة النيتروجين، مما يضيف تباينًا للأضواء الخضراء والحمراء.
الشفق القطبي على الكواكب الأخرى
الشفق القطبي ليس حكراً على الأرض. بفضل الملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل الفضائي ومسبارات الفضاء، تمكنا من اكتشاف الشفق القطبي على كواكب أخرى في النظام الشمسي، مثل المشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون. على الرغم من أن الآلية الأساسية للتكوين على الرغم من أن الشفق القطبي متشابه على كل هذه الكواكب، إلا أن هناك اختلافات ملحوظة في أصله وخصائصه.
على كوكب زحل، تشبه الشفق القطبي تلك الموجودة على الأرض من حيث أصلها، لأنها تنشأ أيضًا من التفاعل بين الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي للكوكب. ومع ذلك، على كوكب المشتري، تختلف العملية بسبب تأثير البلازما التي ينتجها القمر آيو، والذي يساهم في تشكيل الشفق القطبي المكثف والمعقد. وتجعل هذه الاختلافات دراسة الشفق القطبي على الكواكب الأخرى مجالًا بحثيًا رائعًا، مما يسمح لنا بفهم العمليات الفيزيائية التي تحدث في النظام الشمسي بشكل أفضل.
كما أن الشفق القطبي على كوكبي أورانوس ونبتون يتميز أيضًا بخصائص مميزة، وذلك بسبب ميلان محاورهما المغناطيسية وتكوين غلافهما الجوي. تؤثر هذه الاختلافات في بنية وديناميكيات المجالات المغناطيسية لهذه الكواكب على شكل وسلوك الشفق القطبي، مما يوفر فرصة لاستكشاف كيفية تغير هذه الظواهر في البيئات الكوكبية المختلفة.
بالإضافة إلى ذلك، تم اكتشاف الشفق القطبي على بعض أقمار كوكب المشتري، مثل أوروبا وجانيميد، مما يشير إلى وجود عمليات مغناطيسية معقدة على هذه الأجرام السماوية. في الواقع، تم رصد الشفق القطبي على المريخ بواسطة مركبة الفضاء مارس إكسبريس خلال عمليات الرصد التي أجريت في عام 2004. يفتقر المريخ إلى مجال مغناطيسي مماثل لمجال الأرض، ولكنه يحتوي على مجالات محلية، مرتبطة بقشرته، وهي المسؤولة عن الشفق القطبي على هذا الكوكب.
رُصدت هذه الظاهرة مؤخرًا على الشمس. تنشأ هذه الشفقات القطبية نتيجة تسارع الإلكترونات عبر بقعة شمسية على سطحها. كما توجد أدلة على وجود شفق قطبي على نجوم أخرى. وهذا يسلط الضوء على أهمية الشفق القطبي خارج كوكبنا، لأنها توفر معلومات حيوية حول المجالات المغناطيسية والغلاف الجوي للأجرام السماوية الأخرى.
مراقبة الشفق القطبي
إن مشاهدة الأضواء الشمالية هي تجربة لا تُنسى، على الرغم من أنها تتطلب التخطيط والصبر. لتحسين فرص اكتشافهم، من الضروري اختيار الوقت والمكان المناسبين. بين منتصف أغسطس وأبريل، تصبح الليالي أطول وأكثر ظلامًا في المناطق القطبية، مما يزيد من فرص رؤية هذه الظاهرة. بالنسبة لأولئك المهتمين بالموضوع، من المفيد مراجعة معلومات عن كيرونا، مدينة الشفق القطبي.
تشمل أفضل المناطق لمشاهدة الشفق القطبي النرويج وأيسلندا وفنلندا والسويد وكندا وألاسكا، حيث تساعد السماء الصافية وظروف الطقس على ظهور هذا المشهد. من المستحسن البحث عن أماكن بعيدة عن المدن لتجنب تلوث الضوء والتمتع برؤية أفضل.
بالإضافة إلى ذلك، من المهم الاستعداد للبرد وارتداء الملابس المناسبة لدرجات الحرارة المنخفضة. يلعب الصبر دورًا مهمًا، حيث يمكن أن تظهر الشفق القطبي وتختفي بسرعة. إن البقاء على اطلاع بشأن توقعات النشاط الجيومغناطيسي والحصول على كاميرا مناسبة يساعد في التقاط هذه الظاهرة بكل روعتها.
ومع ذلك، بدأ تغير المناخ أيضًا يؤثر على مدى رؤية الشفق القطبي. يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المرتفعة وذوبان الجليد القطبي على كثافة وتكوين الغلاف الجوي، مما قد يؤدي إلى تغيير كيفية رؤية الشفق القطبي من سطح الأرض. علاوة على ذلك، فإن تزايد التلوث الضوئي في المناطق الحضرية يجعل من الصعب رؤية هذه الظاهرة الطبيعية، مما يجعل من الضروري السفر إلى المناطق النائية للاستمتاع بالتجربة بشكل كامل.
تُعد الأضواء الشمالية تذكيرًا بعظمة وتعقيد كوننا. ومع تقدمنا في فهمنا لهذه الظواهر، تتاح لنا مجموعة من الفرص لاستكشاف جمالها المذهل والعمليات الفيزيائية التي تكمن وراءها.
