تاریخ انتشار : ۱۳۹۳/۰۸/۰۹ ساعت ۱۰:۲۹
کد مطلب : ۵۹۲۹۱
شفق‌های قطبی از فضا هم قابل مشاهده‌اند
۸ حقیقت اعجاب انگیز در مورد شفق‌های قطبی
گروه علمی: شفق‌های قطبی یا چراغ شمال نمایش حیرت انگیزی از بازی رنگ‌ها است هنگامی که تعامل میدان مغناطیسی زمین و ذرات باردار خورشیدی شب‌های سرد مناطق شمالی و جنوبی زمین را نورباران می‌کند.
شفق‌های قطبی در حول محور مغناطیسی زمین به وجود می‌آیند و تقریباً در محیطی دایره وار دور این محورها قابل مشاهده هستند. از آنجا که قطب مغناطیسی و جغرافیایی زمین کاملاً بر هم منطبق نیست گاهی این شفق‌ها در مناطقی که انتطار ظهورشان را نداریم نیز دیده می‌شوند. در نیمکره شمالی شفق‌های قطبی از ساحل شمالی سیبری، اسکاندیناوی، ایسلند، مناطق جنوبی گرینلند و شمال کانادا و آلاسکا قابل مشاهده هستند.
در نیمکره جنوبی نیز امکان به وجود آمدن شفق‌های قطبی وجود دارد اما نه به اندازه نیمکره شمالی. منطقه قابل مشاهده در نیمکره جنوبی عمدتا بر فراز قطب جنوب یا اقیانوس جنوب است. برای دیدن شفق‌های قطبی جنوب باید به تاسمانی بروید یا شاید از مناطق جنوبی آرژانتین و فالکلند نیز بتوانید این شفق‌ها را ببینید اما امکان آن ضعیف‌تر است. در ادامه حقایق خیره‌کننده‌ای را درباره این نورهای زیبا خواهید خواند.
۱. یون‌های مختلف رنگ‌های مختلفی را می‌سازند
آرایه‌ای از رنگ‌های مختلف زیبایی شفق‌های قطبی را چند برابر می‌کنند
هنگامی که الکترون‌ها و پروتون‌های جدا شده از سطح خورشید به دام میدان مغناطیسی زمین می‌افتند بیشتر آن‌ها در جهت دوایر مغناطیسی مارپیچ زمین به سمت قطب‌های مغناطیسی حرکت می‌کنند، الکترون‌ها از یک سو و پروتون‌ها از سوی دیگر. این میدان‌های مغناطیسی در قطب‌ها به هم می‌رسند. از طرف دیگر همانطور که می‌دانید هوا از اتم‌های اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است، در نواحی که شفق‌های قطبی رخ می‌دهد میزان اکسیژن بیشتر از مناطق دیگر است، از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتر تا ۱۰۰۰ کیلومتری با برخورد ذرات باردار به جو انرژی خود را به اتم‌های هوا می‌دهند.
یون‌های اکسیژن و نیتروژن هوا انرژی دریافت شده را به صورت فوتون با طول موج‌های مختلف پخش می‌کنند. به ذرات تشکیل دهنده نور فوتون می‌گویند و طول موج آن‌ها مشخص کننده رنگ آن‌ها است. اکسیژن بیشتر رنگ‌های سبز و گاهی اوقات قرمز را تولید می‌کنند در حالی که نیتروژن بیشتر به زرد و قرمز شباهت دارند، بنابراین با دیدن رنگ شفق‌های قطبی می‌توانید تشخیص دهید این نورهای زیبا از برخورد ذرات خورشیدی با کدام یون هوا تشکیل شده است.
۲. شفق‌های قطبی از فضا هم قابل مشاهده‌اند
در تصاویر فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی، شفق‌های قطبی رقصان بر فراز زمین دیده می‌شوند
ماهواره‌ها می‌توانند از شفق‌های قطبی عکس بگیرند، در حقیقت این شفق‌ها به‌قدری پر نور هستند که حتی از یک سیاره دیگر نیز هنگام شب زمین قابل مشاهده هستند. مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی به حدی پایین است که گاهی اوقات از میان این شفق‌ها رد می‌شود ولی به علت چگالی کم این نورها سرنشینان ایستگاه متوجه این رخداد نمی‌شوند مگر در مواقعی که یک توفان خورشیدی صورت بگیرد.
هنگام رخ دادن توفان‌های خورشیدی با بالا رفتن تششعات حول این ایستگاه به علت برخورد ذرات خورشیدی با جو، سرنشینان ایستگاه فضایی بین‌المللی به مناطق امن‌تر این ایستگاه می‌روند. در این زمان آن‌ها می‌توانند چنین تصاویر شگفت‌انگیزی از شفق‌های قطبی را از فصا ثبت کنند.
۳. سیارات دیگر نیز شفق قطبی دارند
شفق‌های اشعه‌ی X در قطب‌های مشتری
کاوش‌گرهای ویجر ۱ و ۲ اولین تصاویر را از شفق‌های مشتری و زحل و سپس اورانوس و نپتون به زمین مخابره کردند. بعد از آن تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل از این رخداد به زمین مخابره کرد نشان می‌دهد که شفق‌های قطبی این سیارات منظومه شمسی از زمین بسیار قدرتمندتر است زیرا آن‌ها میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند.
در اورانوس شفق‌ها قدری عجیب هستند زیرا میدان مغناطیسی این سیاره تقریباً عمود بر محور چرخش آن است. بنابراین به جای آنکه مانند سیارات دیگر شفق‌ها به صورت نوارهایی حول محور مغناطیسی تشکیل شود بیشتر به صورت لکه‌های نورانی به چشم می‌خورد. این موضوع در تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل در سال ۲۰۱۱ میلادی به زمین ارسال کرد به چشم می‌خورد اگرچه در اینکه شفق‌های اورانوس همیشه به این شکل باشند جای شک است زیرا از سال ۱۹۸۶ میلادی فضاپیمایی از نزدیک این سیاره نگذشته است.
۴. نورهایی که به سمت جنوب حرکت می‌کنند
گاهی اوقات شفق‌های قطبی در مناطقی دورتر از آنکه انتظار دیدنشان را داشته باشیم نیز دیده می‌شوند. در زمان فعالیت‌های شدید خورشیدی این شفق‌ها حتی از اوکلاهما و آتلانتا در ایالات متحده نیز می‌توانند دیده شوند. در سال ۲۰۱۱ چنین اتفاقی رخ داد اما احتمالاً رکورد دیده شدن این شفق ها مربوط به سال ۱۸۶۲ میلادی و در زمان نبرد فردریکسبورگ در ویرجینیا بوده است.
بسیاری از سربازان در دفتر خاطرات خود از این شفق‌های زیبا یاد کرده‌اند. البته اینکه بخواهیم میزان روشنایی شفق‌های آن زمان را با این روزها مقایسه کنیم کار بسیار سختی است زیرا با پیشرفت تکنولوژی و روشن شدن آسمان شهرها امکان دیده شدن این نورها کمتر شده است.
۵. نشانه‌های آسمانی
صحبت از زمان‌های قدیم به میان آمد، در آن زمان برخی این پدیده را نشانی شوم می‌دانستند اگرچه اکثرا از آن به عنوان یک پدیده غیر عادی یاد می‌کردند. در مناطقی که ظهور این نورها به ندرت اتفاق می‌افتاد اغلب آن را به عنوان نشانه‌ای نحس در نظر می‌گرفتند. یونانیان باستان دلیل به وجود آمدن شفق‌های قطبی را ارواح سرگردان چراغ به دست در آسمان می‌دانستند و از آن وحشت داشتند. آن‌ها از خانه بیرون نمی‌رفتند تا زمانی که شفق‌های قطبی ناپدید شود.
در نیمکره جنوبی اقوام مائوری و بومیان استرالیا این نورها را نشانه سوختن روح جهان می‌دانستند. در زمانی که هنوز انسان به گرد بودن زمین پی نبرده بود وایکینگ‌ها این نورها را ناشی از آتش سوزی در لبه جهان، صدور شعله از یخ‌های شمالی یا بازتاب خورشید از سمت دیگر زمین می‌دانستند، البته این توضیحات مافوق طبیعه در زمان‌های قدیم کاملاً منطقی و قابل قبول بودند.
۶ – آتش سرد
شفق‌های قطبی شبیه آتش‌اند اما حس گرما را انتقال نخواهند داد. حرارت از سرعت متوسط حرکت مولکول‌ها پدید می‌آید با این تعریف درجه‌ی حرارت در مناطق فوقانی جو می‌تواند تا هزاران درجه نیز بالا رود اما احساس گرما مسئله‌ای دیگر است، به علت چگالی پایین هوا تا ۱۰۰ کیلومتری سطح زمین دماسنج دمایی زیر ۰ درجه را نشان خواهد داد، همانطور که قبلاً گفتیم فاصله ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین محل شکل‌گیری شفق‌های قطبی است پس نور شفق‌های قطبی از مناطقی سرد به چشم ما می‌رسد.
۷. با دوربین بهتر دیده می‌شوند
شفق‌های نسبتاً کم نور، بیشتر نور قرمز را از خود ساطع می‌کنند و دامنه از نورها که قابل مشاهده توسط شبکیه چشم انسان نیست، اما دوربین‌های دیجیتال نسبت به این نورها حساس‌ترند. با تنظیم آن‌ها برای نورگیری طولانی مدت در مکانی با آسمان کاملا تاریک و تمیز می‌توان عکس‌های فوق‌العاده جذاب و دیدنی تهیه کرد.
۸. نمی‌توان نمایش آن‌ها را پیش‌بینی کرد
تصویری از شفق جنوبی که توسط سرنشینان شاتل فضایی گرفته شده است
همانطور که قبلا گفته بودیم یکی از مشکل‌ترین پیش‌بینی‌ها در فیزیک، پیش‌بینی زمان خروج جرم از تاج خورشیدی (CME) است. اساساً پیش‌بینی اینکه پس از قرار گرفتن یک لکه‌ی خورشیدی روبروی زمین چقدر امکان فوران نوع X و CME وجود دارد کاری بسیار دشوار است.CME ها خود دارای قطب‌های مغناطیسی هستند و برای ما هنوز غیر ممکن است بفهمیم این فوران‌های جرم در چه جهتی رخ می‌دهد مگر هنگامی که به زمین برخورد کرده و تولید شفق‌های قطبی را بکند. بنابراین هنوز راهی برای پیش‌بینی شفق‌های قطبی وجود ندارد. با این حال وبسایت NOAA نقشه آنلاینی دارد که داده‌های روزانه از شفق‌های قطبی را جمع کرده و طبق آمار مناطقی که احتمال رخ دادن شفق‌های قطبی در آن‌ها بیشتر است را نشان می‌دهد.
در نیمکره جنوبی نیز امکان به وجود آمدن شفق‌های قطبی وجود دارد اما نه به اندازه نیمکره شمالی. منطقه قابل مشاهده در نیمکره جنوبی عمدتا بر فراز قطب جنوب یا اقیانوس جنوب است. برای دیدن شفق‌های قطبی جنوب باید به تاسمانی بروید یا شاید از مناطق جنوبی آرژانتین و فالکلند نیز بتوانید این شفق‌ها را ببینید اما امکان آن ضعیف‌تر است. در ادامه حقایق خیره‌کننده‌ای را درباره این نورهای زیبا خواهید خواند.
۱. یون‌های مختلف رنگ‌های مختلفی را می‌سازند
آرایه‌ای از رنگ‌های مختلف زیبایی شفق‌های قطبی را چند برابر می‌کنند
هنگامی که الکترون‌ها و پروتون‌های جدا شده از سطح خورشید به دام میدان مغناطیسی زمین می‌افتند بیشتر آن‌ها در جهت دوایر مغناطیسی مارپیچ زمین به سمت قطب‌های مغناطیسی حرکت می‌کنند، الکترون‌ها از یک سو و پروتون‌ها از سوی دیگر. این میدان‌های مغناطیسی در قطب‌ها به هم می‌رسند. از طرف دیگر همانطور که می‌دانید هوا از اتم‌های اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است، در نواحی که شفق‌های قطبی رخ می‌دهد میزان اکسیژن بیشتر از مناطق دیگر است، از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتر تا ۱۰۰۰ کیلومتری با برخورد ذرات باردار به جو انرژی خود را به اتم‌های هوا می‌دهند.
یون‌های اکسیژن و نیتروژن هوا انرژی دریافت شده را به صورت فوتون با طول موج‌های مختلف پخش می‌کنند. به ذرات تشکیل دهنده نور فوتون می‌گویند و طول موج آن‌ها مشخص کننده رنگ آن‌ها است. اکسیژن بیشتر رنگ‌های سبز و گاهی اوقات قرمز را تولید می‌کنند در حالی که نیتروژن بیشتر به زرد و قرمز شباهت دارند، بنابراین با دیدن رنگ شفق‌های قطبی می‌توانید تشخیص دهید این نورهای زیبا از برخورد ذرات خورشیدی با کدام یون هوا تشکیل شده است.
۲. شفق‌های قطبی از فضا هم قابل مشاهده‌اند
در تصاویر فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی، شفق‌های قطبی رقصان بر فراز زمین دیده می‌شوند
ماهواره‌ها می‌توانند از شفق‌های قطبی عکس بگیرند، در حقیقت این شفق‌ها به‌قدری پر نور هستند که حتی از یک سیاره دیگر نیز هنگام شب زمین قابل مشاهده هستند. مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی به حدی پایین است که گاهی اوقات از میان این شفق‌ها رد می‌شود ولی به علت چگالی کم این نورها سرنشینان ایستگاه متوجه این رخداد نمی‌شوند مگر در مواقعی که یک توفان خورشیدی صورت بگیرد.
هنگام رخ دادن توفان‌های خورشیدی با بالا رفتن تششعات حول این ایستگاه به علت برخورد ذرات خورشیدی با جو، سرنشینان ایستگاه فضایی بین‌المللی به مناطق امن‌تر این ایستگاه می‌روند. در این زمان آن‌ها می‌توانند چنین تصاویر شگفت‌انگیزی از شفق‌های قطبی را از فصا ثبت کنند.
۳. سیارات دیگر نیز شفق قطبی دارند
شفق‌های اشعه‌ی X در قطب‌های مشتری
کاوش‌گرهای ویجر ۱ و ۲ اولین تصاویر را از شفق‌های مشتری و زحل و سپس اورانوس و نپتون به زمین مخابره کردند. بعد از آن تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل از این رخداد به زمین مخابره کرد نشان می‌دهد که شفق‌های قطبی این سیارات منظومه شمسی از زمین بسیار قدرتمندتر است زیرا آن‌ها میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند.
در اورانوس شفق‌ها قدری عجیب هستند زیرا میدان مغناطیسی این سیاره تقریباً عمود بر محور چرخش آن است. بنابراین به جای آنکه مانند سیارات دیگر شفق‌ها به صورت نوارهایی حول محور مغناطیسی تشکیل شود بیشتر به صورت لکه‌های نورانی به چشم می‌خورد. این موضوع در تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل در سال ۲۰۱۱ میلادی به زمین ارسال کرد به چشم می‌خورد اگرچه در اینکه شفق‌های اورانوس همیشه به این شکل باشند جای شک است زیرا از سال ۱۹۸۶ میلادی فضاپیمایی از نزدیک این سیاره نگذشته است.
۴. نورهایی که به سمت جنوب حرکت می‌کنند
گاهی اوقات شفق‌های قطبی در مناطقی دورتر از آنکه انتظار دیدنشان را داشته باشیم نیز دیده می‌شوند. در زمان فعالیت‌های شدید خورشیدی این شفق‌ها حتی از اوکلاهما و آتلانتا در ایالات متحده نیز می‌توانند دیده شوند. در سال ۲۰۱۱ چنین اتفاقی رخ داد اما احتمالاً رکورد دیده شدن این شفق ها مربوط به سال ۱۸۶۲ میلادی و در زمان نبرد فردریکسبورگ در ویرجینیا بوده است.
بسیاری از سربازان در دفتر خاطرات خود از این شفق‌های زیبا یاد کرده‌اند. البته اینکه بخواهیم میزان روشنایی شفق‌های آن زمان را با این روزها مقایسه کنیم کار بسیار سختی است زیرا با پیشرفت تکنولوژی و روشن شدن آسمان شهرها امکان دیده شدن این نورها کمتر شده است.
۵. نشانه‌های آسمانی
صحبت از زمان‌های قدیم به میان آمد، در آن زمان برخی این پدیده را نشانی شوم می‌دانستند اگرچه اکثرا از آن به عنوان یک پدیده غیر عادی یاد می‌کردند. در مناطقی که ظهور این نورها به ندرت اتفاق می‌افتاد اغلب آن را به عنوان نشانه‌ای نحس در نظر می‌گرفتند. یونانیان باستان دلیل به وجود آمدن شفق‌های قطبی را ارواح سرگردان چراغ به دست در آسمان می‌دانستند و از آن وحشت داشتند. آن‌ها از خانه بیرون نمی‌رفتند تا زمانی که شفق‌های قطبی ناپدید شود.
در نیمکره جنوبی اقوام مائوری و بومیان استرالیا این نورها را نشانه سوختن روح جهان می‌دانستند. در زمانی که هنوز انسان به گرد بودن زمین پی نبرده بود وایکینگ‌ها این نورها را ناشی از آتش سوزی در لبه جهان، صدور شعله از یخ‌های شمالی یا بازتاب خورشید از سمت دیگر زمین می‌دانستند، البته این توضیحات مافوق طبیعه در زمان‌های قدیم کاملاً منطقی و قابل قبول بودند.
۶ – آتش سرد
شفق‌های قطبی شبیه آتش‌اند اما حس گرما را انتقال نخواهند داد. حرارت از سرعت متوسط حرکت مولکول‌ها پدید می‌آید با این تعریف درجه‌ی حرارت در مناطق فوقانی جو می‌تواند تا هزاران درجه نیز بالا رود اما احساس گرما مسئله‌ای دیگر است، به علت چگالی پایین هوا تا ۱۰۰ کیلومتری سطح زمین دماسنج دمایی زیر ۰ درجه را نشان خواهد داد، همانطور که قبلاً گفتیم فاصله ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین محل شکل‌گیری شفق‌های قطبی است پس نور شفق‌های قطبی از مناطقی سرد به چشم ما می‌رسد.
۷. با دوربین بهتر دیده می‌شوند
شفق‌های نسبتاً کم نور، بیشتر نور قرمز را از خود ساطع می‌کنند و دامنه از نورها که قابل مشاهده توسط شبکیه چشم انسان نیست، اما دوربین‌های دیجیتال نسبت به این نورها حساس‌ترند. با تنظیم آن‌ها برای نورگیری طولانی مدت در مکانی با آسمان کاملا تاریک و تمیز می‌توان عکس‌های فوق‌العاده جذاب و دیدنی تهیه کرد.
۸. نمی‌توان نمایش آن‌ها را پیش‌بینی کرد
تصویری از شفق جنوبی که توسط سرنشینان شاتل فضایی گرفته شده است
همانطور که قبلا گفته بودیم یکی از مشکل‌ترین پیش‌بینی‌ها در فیزیک، پیش‌بینی زمان خروج جرم از تاج خورشیدی (CME) است. اساساً پیش‌بینی اینکه پس از قرار گرفتن یک لکه‌ی خورشیدی روبروی زمین چقدر امکان فوران نوع X و CME وجود دارد کاری بسیار دشوار است.CME ها خود دارای قطب‌های مغناطیسی هستند و برای ما هنوز غیر ممکن است بفهمیم این فوران‌های جرم در چه جهتی رخ می‌دهد مگر هنگامی که به زمین برخورد کرده و تولید شفق‌های قطبی را بکند. بنابراین هنوز راهی برای پیش‌بینی شفق‌های قطبی وجود ندارد. با این حال وبسایت NOAA نقشه آنلاینی دارد که داده‌های روزانه از شفق‌های قطبی را جمع کرده و طبق آمار مناطقی که احتمال رخ دادن شفق‌های قطبی در آن‌ها بیشتر است را نشان می‌دهد.
مرجع : زومیت
