شفق قطبی که اغلب شفق شمالی یا جنوبی نامیده می شود، یکی از جذاب ترین پدیده های طبیعی است که در آسمان زمین مشاهده شده است. این درس به بررسی علم پشت شفق های قطبی می پردازد و چگونگی وقوع، انواع و روندی که منجر به ایجاد آنها می شود را روشن می کند.
شفق های قطبی نمایش های درخشانی از نور در آسمان زمین هستند که عمدتاً در نزدیکی مناطق قطبی دیده می شوند. این نورها می توانند در طیفی از رنگ ها ظاهر شوند، اگرچه سبز و صورتی رایج ترین هستند. این پدیده در اتمسفر بالای زمین، تقریباً بین 80 تا 300 کیلومتر بالاتر از سطح زمین رخ می دهد.
منشأ شفق های قطبی در تعامل بین جو زمین و ذرات باردار خورشید نهفته است. این ذرات باردار اساساً الکترون‌ها و پروتون‌ها هستند که از جو خورشید خارج می‌شوند و چیزی را به نام باد خورشیدی ایجاد می‌کنند.
پس از رسیدن به زمین، این ذرات باردار توسط میدان مغناطیسی زمین به سمت قطب ها هدایت می شوند. سپس با مولکول های گاز موجود در جو زمین مانند اکسیژن و نیتروژن برخورد می کنند. این برخورد مولکول‌های گاز را تحریک می‌کند و باعث می‌شود آنها نور ساطع کنند - فرآیندی شبیه به نحوه عملکرد یک علامت نئون. رنگ‌های شفق به این بستگی دارد که کدام گاز در برخوردها دخیل است، با اکسیژن که نور سبز و قرمز را منتشر می‌کند و نیتروژن رنگ‌های آبی و بنفش تولید می‌کند.
قدرت و وقوع شفق‌های قطبی تحت تأثیر چرخه خورشیدی است، یک چرخه 11 ساله که فرکانس و شدت فعالیت خورشیدی، از جمله شعله‌های خورشیدی و پرتاب‌های جرم تاجی را تعیین می‌کند. این رویدادها می توانند تعداد ذرات باردار را که به زمین می رسند به شدت افزایش دهند و به نمایش شفق های قطبی دیدنی تر منجر شوند.
دو نوع اصلی شفق قطبی بر اساس موقعیت جغرافیایی آنها وجود دارد:
شفق‌های قطبی را می‌توان در زیر آسمان‌های تاریک و صاف و دور از نورهای شهر مشاهده کرد. ماه های زمستانی به دلیل تاریکی طولانی، شرایط دید بهتری را ارائه می دهند. هر چه یکی از استوا دورتر باشد و به قطب های مغناطیسی نزدیک تر باشد، احتمال بیشتری وجود دارد که شاهد این نمایش طبیعی خیره کننده باشند.
جدای از زیبایی بصری، شفق های قطبی برای زمین و ساکنان آن پیامدهایی دارند:
مشاهده شفق های قطبی می تواند تجربه ای ارزشمند باشد. برای کسانی که علاقه مند به مطالعه دقیق تر هستند، وب سایت های پیش بینی شفق قطبی پیش بینی هایی را بر اساس فعالیت خورشیدی ارائه می دهند که می تواند به برنامه ریزی زمان رصد کمک کند. عکاسی از شفق‌های قطبی همچنین هنر را با علم ترکیب می‌کند و برای ثبت واضح نورها به درک تنظیمات نوردهی نیاز دارد.
در کلاس‌های درس یا محیط‌های آموزشی، آزمایش‌های ساده می‌توانند به نشان دادن اصول اساسی پشت شفق‌های قطبی کمک کنند. به عنوان مثال، استفاده از یک آهنربا و یک لوله فلورسنت می تواند اثر میدان مغناطیسی زمین را بر ذرات باردار تقلید کند. هنگامی که لوله در یک اتاق تاریک به یک آهنربای قوی نزدیک می‌شود، می‌تواند بدون اتصال به منبع برق روشن شود، شبیه به این که مولکول‌های گاز وقتی توسط ذرات باردار در اتمسفر انرژی می‌دهند، نور ساطع می‌کنند.
شفق های قطبی برای قرن ها انسان ها را مجذوب خود کرده اند و الهام بخش اسطوره ها، فولکلور و هنر بوده اند. بسیاری از فرهنگ‌ها نورها را به طرق مختلف تفسیر کرده‌اند و آنها را به‌عنوان ارواح، نشانه‌ها یا پیام‌هایی از جانب خدایان می‌دانند. امروزه، شفق‌های قطبی همچنان تخیل را مجذوب خود می‌کنند و در عکاسی، فیلم و ادبیات برجسته هستند.
شفق های قطبی چیزی بیش از نورهای مسحورکننده در آسمان هستند. آنها یادآور تعاملات دینامیکی بین جو زمین و میدان مغناطیسی و ذرات باردار خورشید هستند. با مطالعه شفق‌های قطبی، دانشمندان به بینش‌هایی در مورد سیستم‌های پیچیده‌ای دست می‌یابند که از سیاره ما محافظت و نگهداری می‌کنند و آنها را به موضوعی ضروری در زمینه علوم فضایی و گواهی بر زیبایی طبیعی جهان تبدیل می‌کنند.
