سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴ بهترین زمان برای رصد شفق قطبی
یک پدیده جذاب نجومی، شفق قطبی است که هنگام برخورد ذرات پر انرژی خورشید با لایه بالایی اتمسفر زمین تشکیل می‌شود و تنها در قطب‌های کره زمین قابل مشاهده است؛ خبر خوب این که در سال‌های ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴، شدت باد‌های خورشیدی به حداکثر میزان خود می‌رسد و حالا به دوره مشاهده این پدیده زیبا بسیار نزدیک هستیم. علت ایجاد این نوار‌های رنگی بسیار زیبا در آسمان، هدایت ذرات باردار به سمت قطب‌ها توسط میدان مغناطیسی زمین است تا از ما در برابر هجوم ذرات باردار محافظت کند.
شفق قطبی چطور تشکیل می‌شود؟
خورشید در هر لحظه، ذرات باردار را از «تاج» یا همان جو فوقانی خود با حدودی ۷۲ میلیون کیلومتر بر ساعت به بیرون پرتاب می‌کند که به آن «باد خورشیدی» می‌گویند. هنگامی که باد خورشیدی به لایه «یونوسفر» (Ionosphere) یا جو فوقانی زمین که تجمع یون‌ها و الکترون‌های آزاد در آن‌ها بیشتر است و از ورود پرتوهای خطرناک فرابنفش و پرتو ایکس خورشید به زمین، مانند سقفی پیشگیری کرده تا زندگی بر روی سیاره زمین شدنی گردد؛ برخورد می‌کند تا شفق قطبی شکل بگیرد.
تاریخچه کشف
گالیلو گالیله (Galileo Galilei)، منجم ایتالیایی، در سال ۱۶۱۹ نام «شفق قطبی» را با الهام از الهه رومی و خدای یونان باستان ابداع کرد، اما مطالعات تاریخی حاکی از آن است که این پدیده زیبا حدود سی هزار سال قبل در دیواره غاری در فرانسه نقاشی شده بود.
منجمان سال‌های دور نیز از این پدیده در مطالعات خود یاد کرده‌اند؛ به‌عنوان مثال، منجم سلطنتی پادشاهی بابل گزارش خود از این پدیده را روی یک لوح مربوط به سال ۵۶۷ قبل از میلاد ثبت کرده است و یا گزارشی از منجمان چینی مربوط به سال ۱۹۳ قبل از میلاد نیز از این پدیده ثبت شده است.
علت ایجاد این پدیده جذاب تا اوایل قرن بیستم نامشخص بود تا این که نظریه کریستین بیرکلند (Kristian Birkeland)، دانشمند نروژی، مبنی بر این که الکترون‌هایی که از لکه‌های خورشیدی ساطع می‌شوند، پس از هدایت شدن به سمت قطب‌های زمین توسط میدان مغناطیسی، این نورهای زیبا را تولید می‌کنند با پیشرفت علم تثبیت شد.
چرا شفق قطبی رنگی است؟
ذرات باردار خورشیدی که توسط میدان مغناطیسی سیاره زمین به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند، پس از برهمکنش (هنگامی که دو یا چند چیز، به کنش و واکنش با هم می‌پردازند) این ذرات با لایه فوقانی جو، این نوار‌های رنگی را ایجاد می‌کنند؛ به بیان دیگر علت رنگی بودن شفق قطبی، اندرکنش (اثر متقابل دو چیز به یکدیگر) ترکیبات شیمیایی متفاوت جو زمین با ذرات باردار است.
پدیده «فلورسانس» (Fluorescence) که طی آن، یك ماده خاص (نظیر فسفر) بعد از قرار گرفتن در مقابل تابش نور یا حرارت، تحریك می‌شود و انرژی دریافتی را در خود ذخیره و به شکل طیفی از امواج مرئی منتشر می‌نماید، نوار‌های سبز رنگ جذابی را پدید می‌آورد.
هر اتم یا مولکول که در اتمسفر زمین وجود دارد، چه اتم هیدروژن یا مولکول کربن دی‌اکسید، هرکدام رنگ‌های منحصر به فرد خود را در این اندرکنش‌ها دارند. رنگ‌های غالبی که در آسمان در هنگام رخ دادن این پدیده مشاهده می‌شود، سبز و قرمز است. رنگ قرمز توسط اندرکنش ذرات باردار خورشیدی با مولکول‌های نیتروژن و رنگ سبز در اثر اندرکنش با مولکول‌های اکسیژن ایجاد می‌شود.
شکل شفق قطبی و شدت آن
تغییر مداوم میزان ذرات بارداری که از تاج خورشیدی خارج می‌شوند، نرخ متفاوت اندرکنش میان این ذرات با یونوسفر زمین، حرکت سیاره زمین و وجود دیگر ذرات باردار در اطراف سیاره ما، همگی بر شکل و شدت شفق تاثیر دارد.
شفق‌های قطبی اطلاعات ارزشمندی را در مورد اتمسفر زمین در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. از جمله این اطلاعات می‌توان به چگالی، سرعت جریان ذرات و قدرت جریان الکتریکی در اتمسفر اشاره کرد. این پارامتر‌ها اطلاعاتی راجع به میدان مغناطیسی زمین، چگونگی گسترش آن در فضا و نحوه تغییر آن در طول زمان نیز می‌دهند. همه این‌ها برای محافظت از زمین و فناوری‌های فضایی در برابر ذرات باردار و پر خطر خورشیدی مهم است.
شفق قطبی در دیگر سیاره‌ها
شفق‌های قطبی در دیگر سیاره‌ها نیز قابل مشاهده است؛ تنها چیزی که برای رخ دادن این پدیده لازم است، وجود میدان مغناطیسی و جو در آن سیاره است. طبق تحقیقات انجام‌شده، شفق قطبی در اتمسفر سیاره‌های غول گازی مثل مشتری نیز قابل مشاهده است؛ زیرا همه این سیاره‌ها دارای میدان‌های مغناطیسی قوی هستند.
میدان مغناطیسی سیاره مشتری ۲۰ هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین است؛ بنابراین شفق‌های قطبی بسیار درخشان‌تر از شفق‌های سیاره ما دارد. نکته قابل توجه این است شفق قطبی در این سیاره تنها توسط ذرات باردار خورشید ایجاد نمی‌شوند. مشتری قمری به نام آیو (Io) دارد که ذرات باردار از سطح آن نیز تابش می‌شوند؛ آیو در حقیقت آتشفشانی‌ترین جسم منظومه شمسی است.
جالب است بدانید این پدیده جذاب در سیاره‌هایی مانند زهره و مریخ نیز علی رغم میدان مغناطیسی بسیار ضعیفی دارند، ثبت شده است. اخترفیزیکدانان و منجمان حتی موفق شده‌اند شفق قطبی را در برخی ستاره‌های کوتوله قرمز نیز گزارش کنند. با این حال منشا ذرات بارداری که سبب چنین پدیده‌ای در ستاره‌ها شده، نامشخص است.
کجا و چه زمانی می‌توان این پدیده جذاب مشاهده کرد؟
این دو سوال اساسی است: شفق قطبی در کجاست و کجا می‌توان آن را مشاهده کرد. این پدیده جذاب را می‌توان در آسمان شب در مکان‌های نزدیک به قطب شمال مشاهده کرد. مشاهده شفق قطبی با چشم غیرمسلح امکان‌پذیر است و این خبر خوبی برای دوستداران آسمان شب است.
جالب است بدانید شفق‌های قطبی ۲۴ ساعت شبانه‌روز، هفت روز هفته و ۳۶۵ روز سال رخ می‌دهند، اما این بدان معنا نیست که می‌توان آن را به راحتی مشاهده کرد. باید برای دیدن آن در مکان مناسبی باشید.
کشور نروژ بهترین مکان برای مشاهده این پدیده جذاب است. ناحیه‌ای به نام «منطقه شفق قطبی» در فاصله حدود بیش از ۲ هزار کیلومتری از قطب شمال وجود دارد که می‌توان گفت بهترین مکان برای مشاهده شفق قطبی است. با این حال در نظر داشته باشید که این پدیده را می‌توان در عرض‌های جغرافیایی دیگر هم احتمالا مشاهده کرد.
در این نواحی بهتر است تا حد امکان از شهر دور باشید تا نور شهر اختلالی ایجاد نکند. هرچه آسمان تاریک‌تر باشد، نوار‌های رنگی را با کیفیت بهتری مشاهده می‌کنید. کشور‌های فنلاند، آلاسکا، کانادا و سوئد از دیگر کشور‌های محبوب برای مشاهده این پدیده جذاب هستند.
بهترین زمان برای رصد شفق قطبی
خورشید همواره درحال تابیدن است، اما شدت خروج ذرات باردار در آن در بازه‌های ۱۱ ساله دستخوش تغییر می‌شود. به بیان دیگر، هر ۱۱ سال خورشید وارد سیکلی می‌شود که در آن شدت باد‌ها به حداکثر میزان ممکن می‌رسد. در این دوره زمین با مقادیر بسیار زیادی ذرات باردار بمباران می‌شود. همین سبب می‌شود تا شاهد قوی‌ترین و درخشان‌ترین شفق قطبی در زمین باشیم.
دانشمندان نمی‌توانند زمان دقیق وقوع قوی‌ترین باد خورشیدی را پیش‌بینی کنند، اما برخی سازمان‌های فضایی باور دارند پاییز و زمستان سال ۱۴۰۳ بهترین زمان برای رصد شفق‌های قطبی است؛ زیرا در این دوره قوی‌ترین جریان ذرات باردار به سمت زمین روانه می‌شود، اما این بدان معنا نیست که در سال‌های آتی نمی‌توان این پدیده جذاب را مشاهده کرد؛ در این زمان، تنها شدت شفق بیشتر است و آن را می‌توان با وضوح بیشتری مشاهده کرد.