شفق قطبی ، عجایب هفتگانه طبیعی جهان
چهارشنبه 27 مرداد 1395 8:06 PM
شفق قطبی، پدیدهی ظهور نورهای رنگی و متحرک در آسمان شب است که معمولا در عرضهای نزدیک به دو قطب به وجود میآید. این پدیدهی تماشایی یکی از عجایب هفتگانهی طبیعی جهان است که در ادامه با آن بیشتر آشنا میشویم.
در داستانهای اساطیری اسکاندیناوی، Valkyries یا زنان باکره و نامیرای جنگجو، سوار بر اسب در آسمان شب میتازند. کلاه، نیزه و زرهی آنها روی اسب در تاریکی آسمان شب میدرخشد. این نورهای رنگارنگ آبی، قرمز، سبز و بنفش از افق تا افق، بر پردهی آسمان پراکنده شده و موجب شگفتی زمینیان میشوند.
این پدیدهی طبیعی را ما امروزه شفق قطبی (Aurora) یا نور قطب شمال مینامیم. این نورهای رنگین، بیشتر در آسمان عرضهای جغرافیایی شمالی و حتی در شرایط نه چندان مساعد جوی نیز از حوالی مکزیک و فلوریدا قابل رویت هستند.
پدیدهی مشابهی تحت عنوان aurora australis یا نور قطب جنوب در عرضهای جغرافیایی جنوبی نیز مشاهده میشود. اما از آنجایی که در این مناطق جمعیت کمتر است و تنها در جنوبیترین عرضهای جغرافیایی، امکان مشاهدهی این پدیده وجود دارد، شفقهای قطبی جنوبی نسبت به شفقهای قطبی شمالی کمتر مورد توجه قرار گرفتهاند.
نام این پدیده (Aurora Borealis) از نام یکی از خدایان رومی، خدای سپیدهدم (Aurora)، و نام یونانی برای باد شمالی یعنی Boreas گرفته شده است. پییر گاسندی (Pierre Gassendi) دانشمند فرانسوی در سال ۱۶۲۱ این نام را برای این پدیده انتخاب کرد. با این حال، قدیمیترین مشاهدات دربارهی این پدیده به ۲۶۰۰ سال پیش از میلاد و در چین باز میگردد.
جوامع گوناگون این پدیده را به شکلهای مختلف توضیح دادهاند. بومیان آلاسکا تصور میکردند این نورهای رنگی، روح گوزنها، ماهیها، نهنگها و سایر حیواناتی هستند که شکار کردهاند. بومیان آمریکای شمالی میپنداشتند این درخشش، ناشی از نور مشعل غولهایی است که در شمال زندگی میکنند. در قرون وسطی، اروپاییان گمان میکردند این نورهای سوسوزننده، پیامی از جانب خدا هستند. بسیاری از افراد تصور میکردند این نورها نتیجهی نبرد ارتشها در بهشت هستند و از یک فاجعهی قریبالوقوع خبر میدهند. در سال ۱۸۶۲، شفقهای قطبی به شکلی متفاوتتر از همیشه در آسمان ویرجینیا ظاهر شدند. در آن زمان نبرد فردریکزبرگ (Fredericksburg) در ویرجینیا در جریان بود. نیروهای رابرت ادوارد لی با دیدن این نمایش شگفتانگیز پنداشتند که خدا با ارتش آنها است.
با گذر زمان و پیشرفت علم، دانشمندان توانستند علت این پدیده را توضیح دهند. در اواخر دههی ۱۷۰۰ میلادی، بنجامین فرانکلین، در جریان سفرش از اقیانوس اطلس تا اروپا، شفقهای قطبی را مشاهده کرد و نظریهای دربارهی علت پیدایش آنها مطرح کرد. او معتقد بود این نورها، حاصل غلظت بارهای الکتریکی در نواحی قطبی هستند که شرایط جوی مانند برف و رطوبت، آنها را تشدید میکند. فرانکلین فکر میکرد زمانی که این ناحیه بیش از حد باردار میشود، انتقال نیرو چنین نوری را در آسمان ایجاد میکند. البته او دربارهی دخالت الکتریسیته در ایجاد این پدیده حق داشت، اما علت اصلی وقوع این پدیده بعدا کشف شد.
کریستین بیرکلاند (Kristian Birkeland) دانشمند نروژی در اوایل قرن بیستم میلادی مجموعهای از آزمایشها و تحقیقات را به سرانجام رساند که منجر به ارائهی نظریهی کاملی دربارهی علت وقوع این پدیده شد. بیرکلاند پی برد الکترونهایی که از طرف خورشید رها میشوند، به دلیل میدان مغناطیسی موجود در دو قطب زمین، به این قسمت هدایت میشوند. سپس در این قسمت، فعل و انفعال الکترونها با جو زمین منجر به ایجاد نورهای رنگی در آسمان میشود.
امروزه ما میدانیم که در تاج خورشیدی یا بیرونیترین لایهی خورشید، دما به بیش از یک میلیون درجه نیز میرسد. این دما به قدری زیاد است که اتمها به ذرات تشکیلدهندهشان یعنی الکترونهای باردار و پروتون تقسیم میشوند. برخی از آنها از سطح خورشید جدا شده و با پدیدهای تحت عنوان توفان خورشیدی به فضا ساطع میشوند. پس از گذشت سه روز، این ذرات باردار به زمین میرسند.
این توفانهای خورشیدی میتوانند برای سیارهی ما خطرناک باشند، اما خوشبختانه زمین دارای میدانی مغناطیسی است که بر اثر چرخش هستهی آهنی زمین ایجاد شده است. این میدان که مغناطیسسپهر یا مگنتوسفر (magnetosphere) نام دارد، بیشتر این ذرات باردار را در اطراف کرهی زمین هدایت میکند. بخش کوچکی از این ذرات باردار به دام این میدان میافتند و به طرف قطبهای شمال و جنوب زمین حرکت میکنند. این الکترونها از چشم ما پنهان میمانند تا اینکه با مولکولهای گاز موجود در جو برخورد میکنند. زمانی که اتم، الکترونی را جذب میکند یونیزه یا برانگیخته میشود. این اتم، برانگیختگی را یا با خارج کردن یک فوتون نور یا با برخورد با اتم یا مولکول دیگر از دست میدهد. رنگ فوتونهای آزاد شده بسته به نوع مولکول گاز و ارتفاع آن تغییر میکند. در ارتفاع ۴۰۲ کیلومتری یا بالاتر، گاز اکسیژن، رنگ سبز و پایینتر از این مقدار، رنگ قرمز یا صورتی ایجاد میکند. از ۸۰ تا ۱۶۰ کیلومتری، مولکول نیتروژن رنگ آبی یا بنفش ایجاد میکند. در ارتفاع ۹۶ تا ۱۲۸ کیلومتری هم نیتروژن و هم اکسیژن نور صورتی تولید میکنند.
شفق قطبی تنها منحصر به سیارهی زمین نیست، بلکه در سیارههای مشتری، زحل، اورانوس، نپتون و برخی از قمرهای آنها نیز دیده شده است. در سیارهی زهره نیز این پدیده وجود دارد، اما چون این سیاره قطب ندارد، نورها در سراسر سیاره توزیع شدهاند.
شکل ظاهری شفقهایی که در آسمان زمین میدرخشند به شکل خطوط میدان مغناطیسی و محل رصد بستگی دارند. آنها اغلب شبیه به پردههایی هستند که از شرق به غرب کشیده شدهاند. اگر فرد رصدکنندهی شفق به سمت جنوب دور شود، شفق قطبی را در افق مشاهده خواهد کرد و اگر درست زیر آن قرار بگیرد، بالای سرش نظارهگر آنها خواهد بود. شفقهایی که درست بالای سر رصدکننده قرار دارند بیشتر شبیه به اشعه به نظر میرسند تا پرده و این به خاطر نقطهی دید فرد است.
شکل شفقها ممکن است چند ساعت ثابت باشد یا حتی به سرعت تغییر کند. میزان نور آنها نیز بسیار متفاوت است. گاهی آنقدر کم است که به زحمت دیده میشود و گاهی آنقدر زیاد است که زیر نور آنها میتوان به راحتی روزنامه خواند. البته این نورها آنقدر شدید نیستند که در نور خورشید و هنگام روز نیز قابل مشاهده باشند.
این پدیده معمولا به مناطق قطبی یعنی در فاصلهی ده درجه تا بیست درجه از قطبهای مغناطیسی زمین محدود میشود. با این حال، شرارههای خورشیدی شدید موجب افزایش توفانهای خورشیدی و در نهایت توفان ژئومغناطیسی میشود. این توفان، مگنتوسفر را فشردهتر میکند و در نتیجه ذرات باردار نسبت به حالت عادی به سطح زمین نزدیکتر میشوند. این مسئله، باعث رسیدن آسیبهای جدی به ماهوارهها در مدارهای بالا میشود. این توفان، ذرات باردار بیشتری را به سمت اتمسفر زمین و ارتفاعات پایینتر از حد طبیعی میفرستد. مجموع این فرآیندها سبب ایجاد خروجی قدرتمندتری روی زمین میشود که حتی از نواحی جنوبیتر نیز قابل مشاهده هستند.
در ماه سپتامبر سال ۱۸۵۹، یک شرارهی خورشیدی بزرگ، شگفتانگیزترین شفق قطبی ثبت شده در تاریخ را ایجاد کرد. نیویورک تایمز گزارش داد حتی در منطقهای چون بوستون که فاصلهی زیادی با قطب دارد، شفقهای قطبی در ساعت یک بامداد به حدی نورانی بودند که امکان خواندن یک نوشته زیر این نور وجود داشت. رابطهی بین این شرارهی خورشیدی و افزایش شفقهای قطبی به قدری واضح بود که به دانشمندان کمک کرد رابطهی محکمی بین این دو پدیده پیدا کنند و در نهایت بتوانند این پدیدهی شگفتانگیز سحرآمیز و تماشایی طبیعت را توضیح دهند.
شفقهای قطبی یکی از شگفتانگیزترین و دیدنیترین پدیدههای طبیعت هستند. این شفقهای قطبی که به شکلهای گوناگون در آسمان شب جلوهگری میکنند بسته به شرایط مختلف، ظاهر متفاوتی دارند. گاهی به صورت تکهتکه در جای جای آسمان، گاهی به شکل ابرهای پراکندهی نورانی یا نوارهای رنگین، شبیه پرده و گاهی شبیه به کمانهای نورانی هستند. این پدیدهی شگفتانگیز در عرضهای جغرافیایی بالاتر و در مناطقی مانند نروژ و کانادا بیشتر دیده میشوند. ممکن است از نحوهی پیدایش این نورهای رنگی و زیبا در آسمان اطلاع داشته باشید، اما حقایق جالب دیگری نیز در مورد این پدیده وجود دارد که احتمالا از آنها آگاه نیستید و دانستن آنها خالی از لطف نیست. در ادامه با چند نمونه از این حقایق جالب آشنا میشویم.
گفتم که خدا مرا مرادی بفرست ، طوفان زده ام راه نجاتی بفرست ، فرمود که با زمزمه ی یا مهدی ، نذر گل نرگس صلواتی بفرست