شفق قطبی چیست؟

شفق قطبي يا سپيده قطبي ،فروغ نوراني پراکنده اي شبيه به پرده يا نوار است . شفق ها درزمره جالب توجه ترين پديده هاي زميني هستند . آنها به پرده هايي عظيم به طول صدها کيلومتر از نور هاي رنگين مي مانند که بيشتر اوقات سبز هستند ولي به رنگهاي صورتي ، ارغواني و بنفش نيز ديده مي شوند.
شفق هايي که در نيمکره شمالي ديده مي شوند به ارورابورئاليس (شفق شمالي) و شفق هايي که در نيمکره جنوبي ديده مي شوند به ارورااستراليس (شفق جنوبي) شهرت دارند. در موارد نادر شفق قطبي ممکن است سراسر آسمان مرئي، از افق تا سمت الراس را بپوشاند.

علت پدیده شفق قطبی:
منشا شفق قطبی باد های خورشیدی، یعنی ذرات بارداری است که به زمین می رسند. این ذرات با میدان مغناطیسی زمین برهمکنش دارند و تعدادی از آنها در امتداد خطوط میدان مغناطیسی زمین به سوی قطب های شمال و جنوب آن شتاب می گیرند. وقتی این ذرات در ارتفاع 300 کیلومتری به جو زمین وارد می شوند، اتم های تشکیل دهنده جو را بمباران می کنند. در انتقال الکترون های اتم برانگیخته به تراز پایین، نور مریی ایجاد می شود. در این فرایند به علت وجود اتم های گوناگون و تفاوت تراز برانگیختگی آنها، احتمال ایجاد برخی رنگ های نور بیشتر است. مثلا ملکول دو اتمی اکسیژن متمایل به تولید نور سرخ یا زرد هستند و مولکول تک اتمی اکسیژن تولید نور سبز و اتم های نیتروژن نور بنفش.
شواهدی وجود دارد که وقتی شفقی در یک قطب دیده می شود شفق مشابهی در قطب دیگر نیز تشکیل شده است.
 

شفق قطبی به جز زمین در سیارات مشتری، زحل و اورانوس نیز اتفاق می افتد.

باد ها خورشیدی:
توفان های خورشیدی جریانی از ذرات یونی (پلاسما) انرژی داری هستند که از طرف خورشید به فضا در تمام جهات ساطع می‌شوند.
همین توفان های خورشیدی هستند که در برخورد با سطوح فوقانی جو زمین باعث ایجاد شفق قطبی و حتی گاهی تداخل جریانهای برق و سیستمهای ارتباطاتی می‌شوند.
ذرات بنیادی که به زمین برخورد می¬کنند، هم از خورشید و هم از بیرون ازمنظومه شمسی سرچشمه می-گیرند. ذرات باردار، عمدتاً متشکل از پروتون، الکترون و ذرات آلفا (هسته هلیوم)، به صورت پیوسته به بیرون از خورشید جریان دارند. در فاصلة زمین از خورشید، سرعت این باد خورشیدی بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. ذرات با میدان مغناطیسی خورشید برهم¬کنش می¬کنند. شدت میدان مغناطیسی خورشید در فاصله زمین، حدود یک هزارم میدان زمین است. ذراتی که از بیرون منظومه شمسی می¬آیند، پرتو¬های کیهانی نام دارند.

میدان مغناطیسی زمین:
میدانیم که زمین یک میدان مغناطیسی دارد. زیرا عقربه قطب نما، هرگاه مانعی برای چرخش نداشته باشد، در هر موقعیتی در جهت خاصی قرار می گیرد. اگر در جهت شمالی که عقربه قطب نما نشان می‌دهد سفر کنیم، سرانجام به جایی می رسیم که قطب شمال مغناطیسی زمین نامیده می‌شود؛ با این حال، تقریباً 1600 کیلومتر با قطب شمال جغرافیایی زمین، که بر محور چرخش زمین واقع است، فاصله خواهیم داشت. قطب شمال جغرافیایی نقطه ای بر سطح زمین است که با وجود چرخش زمین ساکن است. همه این مطالب در خصوص ناحیه قطب جنوبی نیز صادق است.

در حال حاضر، قطب شمال مغناطیسی در شمال شرقی کانادا واقع است، اما همیشه در آنجا نبوده است بلکه به نحوی تقریباً نامنظم در اطراف قطب شمال جغرافیایی در گردش بوده است. علاوه بر این، زمین شناسان با کاوش در صخره های زیر زمینی که شامل کانی های مغناطیسی است، به شواهدی دست یافته اند مبنی بر اینکه قطب میدان مغناطیسی زمین، بارها در هر یک از نُه دوران 3.6 میلیون سال گذشته، معکوس شده است.

میدان مغناطیسی زمین را می‌توان با خطوطی تجسم کرد که ظاهراً از قطب شمال مغناطیسی بیرون می آیند و به قطب جنوب مغناطیسی بر میگردند. این خطوط فرضی اند، اما دلالت بر جهتی دارند که اگر قطب نما در مکان معینی برچنین خطی قرار گیرد، آن جهت را نشان می‌دهد. برای ذره بارداری که در این میدان مغناطیسی حرکت کند نیرویی وارد می آید که بر این خطوط مغناطیسی عمود است و ذره باردار را در مسیری دایروی برگرد زمین به حرکت در می آورد. به این ترتیب به نظر می‌رسد که زمین بعضی از ذرات باردار سریع (الکترون، پروتون و ذرات دیگر) گسیل یافته از خورشید را به دام می اندزد. دو ناحیه چنبره ای شکل از ذرات پرانرژی، به نام کمربندهای وان آلن، در ارتفاع های3200 کیلومتر و 16000 کیلومتر استوا قرار دارند. نواحی بالای قطب ها نسبتاً خالی از این ذرات به دام افتاده اند.

گاهی میدان مغناطیسی زمین، بر اثر فعالیت های خورشیدی، به شدت مختل می‌شود. مثلا، همراه با شراره خورشیدی، ‌انرژی عظیمی رها می‌شود که غالباً ارتباطات رادیویی را قطع می‌کند و تغییراتی در میدان مغناطیسی زمین پدید می آورد. حتی وقتی خورشید نسبتاً آرام است، جریان ثابتی از ذرات باردار، به نام باد خورشیدی، جریان می یابد. این باد خورشیدی واپیچشه ایی در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌کند. اطلاعات حاصل از ماهواره هایی که زمین را دور می زنند و بارها از درون و بیرون نواحی این میدان مغناطیسی می گذرند، حاکی از آن است که این میدان در طرفی که به سوی خورشید است، تا حدی پهن شده و در طرف مقابل آن به صورت یک "دنباله" مغناطیسی است.

منبع:
مبانی ستاره‌شناسی، هانو کارتونن، پکا کروجر، کارل جان دونر و هیکی اوجامارکو پوتانن، ترجمه غلامرضا شاه‌علی
کتاب نجوم دینامیکی، نوشته رابرت تی. دیکسون، ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی