تعد الأضواء الشمالية والجنوبية من بين أروع مشاهد الطبيعة، حيث تقدم عروض ضوئية جميلة تتراقص عبر سماء الليل – ولكن ما هو الشفق القطبي بالضبط؟
الشفق القطبي، المعروف أيضًا باسم الأضواء الشمالية (الشفق القطبي) أو الأضواء الجنوبية (الشفق الأسترالي)، ناتج عن طاقة الشمس وجزيئاتها التي تتفاعل مع الغلاف الجوي للأرض حيث تقوم المجالات المغناطيسية للكوكب بتوجيهها نحو القطبين. يتم رؤيتها بشكل شائع في مناطق خطوط العرض العليا حول القطب الشمالي والقطب الجنوبي.
تظهر عروض الضوء الملونة هذه عمومًا على شكل أشرطة خضراء، ولكنها يمكن أن تظهر أيضًا باللون الأحمر والأزرق والبنفسجي والوردي والأبيض. ومع ذلك، ليست كل العروض الضوئية التي تظهر في سماء الأرض هي شفق حقيقي. بعض الخطوط الأرجوانية والبيضاء تسمى “ستيف“(تعزيز قوي لسرعة الانبعاث الحراري) والتوهج الأخضر المقابل الذي يشبه سياجًا بنقاط خشنة يتم إنتاجه في الواقع من خلال عمليات فيزيائية مختلفة مما يجعله مختلفًا عن الشفق القطبي.
تشير دراسة حديثة للغلاف الجوي للأرض إلى أنه في منطقة أبعد جنوبًا من تلك التي يتشكل فيها الشفق القطبي، يمكن للمجالات الكهربائية الموازية للمجال المغناطيسي للأرض أن تنتج طيف الألوان لميزة ضوء سياج الاعتصام. ويعتقد أن عمليات مماثلة تنتج ستيف، والذي غالبا ما يكون مصحوبا بخطوط تشبه سياج الاعتصام، وفقا لبيان صادر عن جامعة كاليفورنيا، بيركلي.
وقالت كلير جاسكي، طالبة الدراسات العليا في الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي والمؤلفة الرئيسية للدراسة، في البيان: “هذا من شأنه أن يقلب نموذجنا لما يخلق الضوء والطاقة في الشفق القطبي في بعض الحالات”.
متعلق ب: أين ترى الأضواء الشمالية: دليل الشفق القطبي لعام 2023
يظهر الضوء في الغلاف الجوي للأرض الناجمة عن العواصف الشمسية و طرد الكتلة الإكليلية (CMEs)، والتي يمكن أن تزعج المجال المغناطيسي للأرض وتوجه الأيونات نحو القطبين. الشفق القطبي هو نتيجة اصطدام هذه الأيونات مع ذرات الأكسجين والنيتروجين في الغلاف الجوي للأرض، مما يؤدي إلى انبعاث الضوء الأخضر والأحمر والأزرق.
بالمقارنة، يُنظر إلى STEVE بشكل عام على أنه ضوء أرجواني أو بنفسجي، مصحوبًا بسياج خشبي أخضر – ولا ينبعث أي منهما من الضوء الأزرق. وتحدث هذه الظواهر أيضًا عند خطوط عرض أقل من الشفق القطبي.
“إذا نظرت إلى طيف سياج خشبي، إنه أخضر أكثر بكثير مما تتوقع. وقال جاسكي في البيان: “لا يوجد أي لون أزرق يأتي من تأين النيتروجين”. “ما يخبرنا به هذا هو أنه لا يوجد سوى نطاق طاقة محدد من الإلكترونات يمكنه إنشاء تلك الألوان، ولا يمكن أن تأتي من طريقها إلى الفضاء وصولاً إلى الغلاف الجوي، لأن تلك الجزيئات لديها طاقة كبيرة جدًا.”
بدلاً من ذلك، تشير الدراسة الأخيرة إلى أن STEVE والسياج الاعتصامي يتم توليدهما بواسطة حقول كهربائية على ارتفاعات منخفضة موازية لـ المجال المغناطيسي للأرض. وباستخدام نموذج للغلاف الأيوني، أظهر الباحثون أن المجال الكهربائي الموازي على ارتفاع حوالي 68 ميلاً (110 كيلومترات) يمكن أن يثير الأكسجين والنيتروجين ويولد طيف الضوء المرصود من سياج الاعتصام. من ناحية أخرى، فإن الشفق القطبي عادة ما يكون نتيجة للجسيمات النشطة على ارتفاعات أعلى من 621 ميلا (1000 كم) فوق السطح.
وقال جاسكي: “يتم إنشاء الضوء المنبعث من السياج بواسطة جزيئات يجب تنشيطها هناك في الفضاء بواسطة مجال كهربائي موازٍ، وهي آلية مختلفة تمامًا عن أي من الشفق القطبي الذي درسناه أو عرفناه من قبل”. في البيان.
يقول مؤلف آخر مشارك في الدراسة إن هذا البحث الجديد يمكن أن يساعدنا في فهم العمليات الفيزيائية غير المعروفة في الغلاف الجوي للأرض. وأضاف بريان هاردينج: “الشيء المثير للاهتمام حقًا في بحث كلير هو أننا عرفنا منذ عامين أن طيف ستيف يخبرنا بوجود بعض الفيزياء الغريبة للغاية. لكننا لم نكن نعرف ما هي”. أحد مؤلفي الورقة، في البيان. “أظهر بحث كلير أن المجالات الكهربائية المتوازية قادرة على تفسير هذا الطيف الغريب.”
في حين أن الجزيئات النشطة التي تنتج ستيف وسياج الاعتصام ربما ليست من شمسوكما هو الحال مع الشفق القطبي، لا يزال يُعتقد أن اضطراب الغلاف الجوي الناجم عن العواصف الشمسية هو الذي يؤدي إلى ظهور الضوء على الرغم من ذلك، وفقًا للدراسة.
قصص ذات الصلة:
— كاميرات ويب الأضواء الشمالية: شاهد الشفق القطبي عبر الإنترنت مجانًا
– ستكون السنوات الأربع إلى الخمس القادمة هي أفضل وقت لرؤية الأضواء الشمالية في هذه الدورة الشمسية
– تكشف الأقمار الصناعية عن شفق قطبي “غير مرئي” يتوهج بالأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي للأرض
بعد ذلك، يقترح الباحثون إطلاق صاروخ عبر هذه الظواهر في سماء الليل لقياس قوة واتجاه المجالات الكهربائية والمغناطيسية. وبما أن هذه الأحداث ناجمة عن العواصف الشمسية، فإن اقتراب الشمس من ذروة نشاطها يُعرف باسم “الحد الأقصى للطاقة الشمسية“يقدم فرصة فريدة لدراسة الأحداث النادرة مثل ستيف وسياج الاعتصام.
“من العدل أن نقول أنه سيكون هناك الكثير من الدراسات في المستقبل حول كيفية وصول تلك المجالات الكهربائية إلى هناك، وما هي الموجات المرتبطة بها أو غير المرتبطة بها، وماذا يعني ذلك بالنسبة لنقل الطاقة الأكبر بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء وقال بريان هاردينج، المؤلف المشارك للورقة البحثية وباحث فيزيائي مساعد في مختبر علوم الفضاء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي (SSL)، في البيان.
وكانت النتائج التي توصلوا إليها نشرت في 3 نوفمبر في مجلة رسائل البحوث الجيوفيزيائية وسيتم تقديمه في اجتماع الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي في سان فرانسيسكو في 14 ديسمبر.