شفق قطبی پدیده ای تماشایی و مسحورکننده است که آسمان شب را با رقص نورهای رنگین زینت می بخشد. این پدیده طبیعی که اغلب در عرض های جغرافیایی بالا به چشم می خورد حاصل برهم کنش ذرات باردار خورشیدی با میدان مغناطیسی زمین است. اما دقیقاً چه عواملی باعث پدیدار شدن این شفق های رنگارنگ می شوند؟ در این مقاله به بررسی علت اصلی شکل گیری شفق قطبی نقش بادهای خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین در این پدیده و همچنین عوامل مؤثر در ایجاد رنگ های متنوع آن خواهیم پرداخت. درک این فرآیندها به ما کمک می کند تا این پدیده آسمانی را بهتر بشناسیم و از تماشای آن لذت ببریم.

شفق قطبی چیست

شفق قطبی که با نام های دیگری همچون نورهای شمالی (Aurora Borealis) و نورهای جنوبی (Aurora Australis) نیز شناخته می شود یک پدیده طبیعی نوری است که در آسمان شب به ویژه در مناطق نزدیک به قطب های مغناطیسی زمین قابل مشاهده است. این پدیده به صورت پرده های رنگین قوس ها یا نوارهای درخشان در آسمان ظاهر می شود و رنگ های متنوعی از سبز و صورتی گرفته تا قرمز زرد و آبی را شامل می شود. شفق قطبی نتیجه برخورد ذرات باردار (الکترون ها و پروتون ها) ناشی از بادهای خورشیدی با اتم ها و مولکول های موجود در لایه های بالایی جو زمین (یونوسفر) است. این برخوردها باعث تحریک اتم ها و مولکول ها شده و آن ها را به ترازهای انرژی بالاتری می برد. هنگامی که این اتم ها و مولکول ها به تراز انرژی پایین تر بازمی گردند فوتون هایی از نور با طول موج های خاص منتشر می کنند که رنگ های مختلف شفق قطبی را ایجاد می کنند.

علت پدیدار شدن شفق قطبی

علت اصلی پدیدار شدن شفق قطبی برهم کنش پیچیده بین بادهای خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین است. خورشید به طور مداوم جریانی از ذرات باردار به نام باد خورشیدی را به فضا پرتاب می کند. این باد خورشیدی شامل الکترون ها پروتون ها و سایر ذرات باردار است که با سرعت های بسیار بالا در فضا حرکت می کنند. هنگامی که این ذرات به میدان مغناطیسی زمین می رسند توسط آن منحرف شده و به سمت قطب های مغناطیسی هدایت می شوند. در نزدیکی قطب ها خطوط میدان مغناطیسی زمین به جو نزدیک تر می شوند و ذرات باردار می توانند وارد لایه های بالایی جو (یونوسفر) شوند. برخورد این ذرات با اتم ها و مولکول های موجود در یونوسفر باعث تحریک آن ها شده و در نتیجه نورهای رنگین شفق قطبی پدیدار می شوند. شدت و رنگ شفق قطبی به عوامل مختلفی مانند شدت باد خورشیدی ترکیب جو و ارتفاع بستگی دارد.

بادهای خورشیدی

بادهای خورشیدی جریانی دائمی از ذرات باردار (پلاسما) هستند که از خورشید به فضا گسیل می شوند. این بادها از لایه های بیرونی جو خورشید به ویژه تاج خورشیدی منشأ می گیرند و شامل الکترون ها پروتون ها و هسته های اتمی سنگین تر هستند. سرعت بادهای خورشیدی متغیر است و می تواند از 300 تا 800 کیلومتر بر ثانیه یا بیشتر برسد. شدت و ترکیب بادهای خورشیدی به فعالیت های خورشیدی مانند شراره های خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی (CME) بستگی دارد. شراره های خورشیدی انفجارهای ناگهانی انرژی در سطح خورشید هستند که می توانند باعث افزایش ناگهانی سرعت و چگالی بادهای خورشیدی شوند. CMEها نیز ابرهای بزرگی از پلاسما و میدان مغناطیسی هستند که از خورشید به فضا پرتاب می شوند و می توانند تأثیرات قابل توجهی بر میدان مغناطیسی زمین و ایجاد شفق های قطبی داشته باشند.

نقش میدان مغناطیسی زمین در شکل گیری شفق قطبی

میدان مغناطیسی زمین نقش حیاتی در شکل گیری شفق قطبی ایفا می کند. این میدان که از هسته آهنی مذاب زمین سرچشمه می گیرد سیاره ما را در برابر بادهای خورشیدی محافظت می کند. بدون وجود میدان مغناطیسی بادهای خورشیدی می توانند به طور مستقیم با جو زمین برخورد کرده و آن را از بین ببرند. میدان مغناطیسی زمین ذرات باردار باد خورشیدی را منحرف کرده و به سمت قطب های مغناطیسی هدایت می کند. این ذرات در امتداد خطوط میدان مغناطیسی حرکت کرده و وارد لایه های بالایی جو (یونوسفر) در نزدیکی قطب ها می شوند. در این مناطق برخورد ذرات باردار با اتم ها و مولکول های جو باعث تحریک آن ها شده و نورهای رنگین شفق قطبی را ایجاد می کند. به همین دلیل شفق های قطبی معمولاً در عرض های جغرافیایی بالا نزدیک به قطب های مغناطیسی قابل مشاهده هستند.

علت رنگ های مختلف در شفق قطبی

رنگ های متنوع شفق قطبی به نوع اتم ها و مولکول هایی بستگی دارد که در یونوسفر زمین با ذرات باردار باد خورشیدی برخورد می کنند و همچنین به ارتفاعی که این برخوردها در آن رخ می دهند. اکسیژن فراوان ترین عنصر در یونوسفر مسئول رنگ های سبز و قرمز است. برخورد ذرات باردار با اتم های اکسیژن در ارتفاعات پایین تر (زیر 200 کیلومتر) باعث ایجاد نور سبز می شود در حالی که برخورد در ارتفاعات بالاتر (بالای 200 کیلومتر) نور قرمز را تولید می کند. نیتروژن نیز یکی دیگر از عناصر مهم در یونوسفر است که مسئول رنگ های آبی و بنفش در شفق قطبی است. برخورد ذرات باردار با مولکول های نیتروژن باعث ایجاد نور آبی می شود در حالی که برخورد با اتم های نیتروژن نور بنفش را تولید می کند. ترکیب این رنگ ها با یکدیگر طیف گسترده ای از رنگ های شفق قطبی را ایجاد می کند.

بهترین کشورها برای تماشای شفق قطبی

تماشای شفق قطبی تجربه ای بی نظیر و فراموش نشدنی است. بهترین مکان ها برای دیدن این پدیده شگفت انگیز کشورهایی هستند که در عرض های جغرافیایی بالا و نزدیک به قطب های مغناطیسی قرار دارند. برخی از این کشورها عبارتند از: نروژ سوئد فنلاند ایسلند کانادا (به ویژه مناطق شمالی) آلاسکا (ایالات متحده) روسیه (به ویژه مناطق شمالی) و گرینلند. هر یک از این کشورها فرصت های منحصربه فردی را برای تماشای شفق قطبی ارائه می دهند. به عنوان مثال نروژ با سواحل زیبای خود چشم اندازهای خیره کننده ای را برای تماشای شفق قطبی فراهم می کند. ایسلند نیز با داشتن چشمه های آب گرم و مناظر آتشفشانی تجربه ای متفاوت از تماشای شفق قطبی را ارائه می دهد. انتخاب بهترین کشور برای تماشای شفق قطبی به سلیقه شخصی و ترجیحات شما بستگی دارد.

شفق قطبی در ایران

به طور معمول شفق قطبی در عرض های جغرافیایی بالا و نزدیک به قطب های مغناطیسی زمین قابل مشاهده است. ایران در عرض های جغرافیایی میانی قرار دارد و به همین دلیل دیدن شفق قطبی در این کشور بسیار نادر است. با این حال در زمان فعالیت های شدید خورشیدی و وقوع طوفان های مغناطیسی قوی ممکن است شفق قطبی در عرض های جغرافیایی پایین تر نیز قابل مشاهده باشد. در چنین شرایطی احتمال دیدن شفق قطبی در مناطق شمالی ایران به ویژه در نزدیکی مرزهای شمالی کشور وجود دارد. گزارش هایی از مشاهده شفق قطبی در ایران در گذشته وجود دارد اما این پدیده بسیار نادر و غیرقابل پیش بینی است.

نورهای شمالی و جنوبی

شفق قطبی در نیمکره شمالی زمین به عنوان نورهای شمالی (Aurora Borealis) و در نیمکره جنوبی به عنوان نورهای جنوبی (Aurora Australis) شناخته می شود. این نام ها به دلیل موقعیت جغرافیایی این پدیده و ارتباط آن با قطب های مغناطیسی زمین انتخاب شده اند. نورهای شمالی معمولاً در کشورهایی مانند نروژ سوئد فنلاند ایسلند کانادا و آلاسکا قابل مشاهده هستند در حالی که نورهای جنوبی در مناطقی مانند جنوب استرالیا نیوزیلند آرژانتین و قطب جنوب قابل مشاهده هستند. اگرچه هر دو پدیده نتیجه یک فرآیند فیزیکی یکسان هستند اما ممکن است در رنگ شدت و شکل ظاهری با یکدیگر تفاوت داشته باشند. این تفاوت ها به دلیل تفاوت در ترکیب جو و شرایط مغناطیسی در هر نیمکره ایجاد می شوند.

شفق قطبی در سیاره های دیگر

شفق قطبی تنها به زمین محدود نمی شود و در بسیاری از سیاره های دیگر منظومه شمسی نیز قابل مشاهده است. سیاره هایی که دارای میدان مغناطیسی و جو هستند مانند مشتری زحل اورانوس و نپتون نیز شفق های قطبی را تجربه می کنند. شفق های قطبی در این سیاره ها مانند زمین نتیجه برخورد ذرات باردار باد خورشیدی با جو سیاره و میدان مغناطیسی آن هستند. با این حال شفق های قطبی در سیاره های دیگر ممکن است از نظر رنگ شدت و شکل ظاهری با شفق های قطبی زمین متفاوت باشند. به عنوان مثال شفق های قطبی در مشتری بسیار قوی تر و پویاتر از شفق های قطبی زمین هستند و رنگ های متنوع تری را شامل می شوند. مطالعه شفق های قطبی در سیاره های دیگر به دانشمندان کمک می کند تا درک بهتری از فرآیندهای مغناطیسی و جوی در این سیاره ها و همچنین در زمین به دست آورند.

بهترین زمان برای تماشای شفق قطبی

بهترین زمان برای تماشای شفق قطبی فصل های زمستان و اوایل بهار (از سپتامبر تا آوریل) است. در این ماه ها شب ها طولانی تر و تاریک تر هستند و احتمال دیدن شفق قطبی افزایش می یابد. همچنین در زمان فعالیت های شدید خورشیدی و وقوع طوفان های مغناطیسی احتمال دیدن شفق قطبی در عرض های جغرافیایی پایین تر نیز افزایش می یابد. برای افزایش شانس دیدن شفق قطبی بهتر است به مناطق دور از آلودگی نوری شهرها سفر کنید و از نرم افزارها و وب سایت های پیش بینی شفق قطبی استفاده کنید تا از زمان و مکان مناسب برای تماشا مطلع شوید. همچنین صبور باشید و به یاد داشته باشید که شفق قطبی یک پدیده طبیعی است و ممکن است در هر زمانی ظاهر شود.

دوره تناوب ظهور شفق های قطبی

دوره تناوب ظهور شفق های قطبی به طور مستقیم با چرخه فعالیت خورشیدی مرتبط است که تقریباً 11 سال طول می کشد. در طول این چرخه تعداد و شدت لکه های خورشیدی شراره های خورشیدی و CMEها تغییر می کند. در زمان اوج فعالیت خورشیدی (Solar Maximum) تعداد و شدت این پدیده ها افزایش می یابد و در نتیجه بادهای خورشیدی قوی تر و طوفان های مغناطیسی بیشتری رخ می دهند. این امر باعث افزایش احتمال دیدن شفق های قطبی در عرض های جغرافیایی پایین تر و با شدت بیشتر می شود. در زمان کمینه فعالیت خورشیدی (Solar Minimum) تعداد و شدت این پدیده ها کاهش می یابد و در نتیجه احتمال دیدن شفق های قطبی کاهش می یابد. بنابراین برای افزایش شانس دیدن شفق قطبی بهتر است در زمان اوج فعالیت خورشیدی به مناطق نزدیک به قطب ها سفر کنید.

شاخص های پیش بینی شفق قطبی

پیش بینی شفق قطبی کار دشواری است اما با استفاده از شاخص های مختلف می توان احتمال دیدن این پدیده را تخمین زد. برخی از مهم ترین شاخص های پیش بینی شفق قطبی عبارتند از: شاخص Kp شاخص Dst و داده های مربوط به بادهای خورشیدی و فعالیت های خورشیدی. شاخص Kp که در ادامه به تفصیل توضیح داده می شود میزان اختلال در میدان مغناطیسی زمین را نشان می دهد. شاخص Dst نیز میزان فعالیت مغناطیسی در نزدیکی استوا را نشان می دهد. داده های مربوط به بادهای خورشیدی مانند سرعت چگالی و جهت میدان مغناطیسی باد خورشیدی نیز می توانند در پیش بینی شفق قطبی مفید باشند. با استفاده از این شاخص ها و داده ها می توان احتمال دیدن شفق قطبی را در یک زمان و مکان خاص تخمین زد.

شاخص کی پی KP Index

شاخص Kp یک شاخص عددی است که میزان اختلال در میدان مغناطیسی زمین را در مقیاس 0 تا 9 نشان می دهد. هرچه مقدار شاخص Kp بالاتر باشد اختلال در میدان مغناطیسی زمین بیشتر است و احتمال دیدن شفق قطبی در عرض های جغرافیایی پایین تر افزایش می یابد. شاخص Kp بر اساس اندازه گیری های میدان مغناطیسی در ایستگاه های زمینی مختلف در سراسر جهان محاسبه می شود. مقدار شاخص Kp به صورت دوره ای (معمولاً هر 3 ساعت) به روزرسانی می شود و می تواند در وب سایت های مختلف پیش بینی شفق قطبی مشاهده شود. به طور کلی شاخص Kp برابر با 5 یا بیشتر نشان دهنده احتمال دیدن شفق قطبی در عرض های جغرافیایی میانی است در حالی که شاخص Kp برابر با 7 یا بیشتر نشان دهنده احتمال دیدن شفق قطبی در عرض های جغرافیایی پایین تر است.

حقایقی جالب در رابطه با شفق قطبی

شفق قطبی پدیده ای شگفت انگیز و پر از رمز و راز است که حقایق جالب بسیاری در مورد آن وجود دارد. یکی از این حقایق این است که شفق قطبی می تواند صدا تولید کند. اگرچه این صدا معمولاً بسیار ضعیف است و به سختی شنیده می شود اما برخی از افراد گزارش داده اند که در هنگام تماشای شفق قطبی صداهایی شبیه به خش خش ترکیدن یا وزش باد را شنیده اند. علت این صداها هنوز به طور کامل مشخص نیست اما برخی از دانشمندان معتقدند که این صداها ناشی از تخلیه الکتریکی در نزدیکی سطح زمین هستند. همچنین شفق قطبی می تواند تأثیرات قابل توجهی بر سیستم های ناوبری و ارتباطی داشته باشد. طوفان های مغناطیسی ناشی از فعالیت های خورشیدی می توانند باعث اختلال در امواج رادیویی و GPS شوند و در نتیجه عملکرد این سیستم ها را مختل کنند.

ارتفاع شَفَق قطبی

شفق قطبی معمولاً در ارتفاعات بین 80 تا 500 کیلومتری از سطح زمین رخ می دهد. با این حال بیشتر شفق های قطبی در ارتفاعات بین 90 تا 130 کیلومتری قابل مشاهده هستند. ارتفاع شفق قطبی به نوع اتم ها و مولکول هایی بستگی دارد که در یونوسفر زمین با ذرات باردار باد خورشیدی برخورد می کنند. به عنوان مثال نور سبز ناشی از برخورد ذرات باردار با اتم های اکسیژن در ارتفاعات پایین تر (زیر 200 کیلومتر) تولید می شود در حالی که نور قرمز ناشی از برخورد در ارتفاعات بالاتر (بالای 200 کیلومتر) تولید می شود. اندازه گیری ارتفاع شفق قطبی می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در یونوسفر زمین به دست آورند.

وسایل مورد نیاز سفر برای تماشای شفق قطبی

سفر برای تماشای شفق قطبی نیازمند آمادگی و تجهیزات مناسب است. از آنجایی که شفق قطبی معمولاً در مناطق سردسیر و دور از شهرها قابل مشاهده است لازم است لباس های گرم و مناسب برای شرایط آب و هوایی سرد و برفی به همراه داشته باشید. لباس های چند لایه کلاه دستکش جوراب های ضخیم و کفش های ضد آب از جمله وسایل ضروری برای این سفر هستند. همچنین یک دوربین با قابلیت تنظیم نوردهی طولانی و یک سه پایه برای عکاسی از شفق قطبی لازم است. یک چراغ قوه با نور قرمز نیز می تواند در هنگام حرکت در تاریکی مفید باشد. علاوه بر این یک پاوربانک برای شارژ دستگاه های الکترونیکی و یک بطری آب گرم نیز می تواند در طول سفر مفید باشد.

افسانه هایی درباره شفق قطبی

شفق قطبی به دلیل زیبایی و رمز و راز خود همواره موضوع افسانه ها و باورهای مختلف در فرهنگ های گوناگون بوده است. در برخی از فرهنگ ها شفق قطبی به عنوان نشانه ای از ارواح درگذشتگان یا خدایان در نظر گرفته می شده است. در فرهنگ های دیگر شفق قطبی به عنوان نشانه ای از خوش شانسی باروری یا جنگ و خونریزی تعبیر می شده است. به عنوان مثال در فرهنگ اسکاندیناوی شفق قطبی به عنوان انعکاس نور سپر و زره جنگجویان والکیری در نظر گرفته می شده است. در فرهنگ اینوئیت شفق قطبی به عنوان روح حیوانات شکار شده یا رقص ارواح در آسمان تعبیر می شده است. این افسانه ها و باورها نشان دهنده تأثیر عمیق شفق قطبی بر فرهنگ و تفکر انسان ها در طول تاریخ است.

شفق قطبی چگونه به وجود می آید؟

شفق قطبی بر اثر برخورد ذرات باردار خورشیدی با اتم ها و مولکول های موجود در جو زمین به وجود می آید. این برخوردها باعث تحریک اتم ها و مولکول ها شده و نورهای رنگین شفق قطبی را ایجاد می کنند.

رنگ شفق قطبی از چیست؟

رنگ شفق قطبی به نوع اتم ها و مولکول هایی بستگی دارد که با ذرات باردار خورشیدی برخورد می کنند. اکسیژن مسئول رنگ های سبز و قرمز و نیتروژن مسئول رنگ های آبی و بنفش است.

آیا شفق قطبی خطرناک است؟

شفق قطبی به خودی خود خطرناک نیست. اما طوفان های مغناطیسی ناشی از فعالیت های خورشیدی می توانند باعث اختلال در سیستم های ناوبری و ارتباطی شوند.

آیا شفق قطبی در ایران دیده می شود؟

دیدن شفق قطبی در ایران بسیار نادر است. اما در زمان فعالیت های شدید خورشیدی ممکن است در مناطق شمالی ایران قابل مشاهده باشد.

آیا شفق قطبی از فضا قابل مشاهده است؟

بله شفق قطبی از فضا نیز قابل مشاهده است و تصاویر زیبایی از آن توسط ماهواره ها و فضانوردان ثبت شده است.