بیگ بنگ: طوفانهای خورشیدی ذراتی از جنس الکترون و پروتون و یونهای سنگین هستند که در پی انفجارات سطحی خورشید از آن جدا شده و به سوی فضا از جمله زمین و سایر سیارات می آیند، تنها اثر شدید این طوفان همان پدیده ی شفق قطبی می باشد.

شفق قطبی در سیاره زمین

این اشعه ها و ضربات طوفان خورشیدی به طور مستقیم زمین را مورد اصابت قرار نمی دهد. خوشبختانه میدان مغناطیسی زمین مانند سپری جلوی بسیاری از این تشعشعات را میگیرد و این میدان مغناطیسی زمین است که موجب می شود پدیدۀ طوفان خورشیدی تبدیل به رخدادی زیبا به نام شفق قطبی شود.

شفق قطبی در اثر برخورد همین تشعشعات به سپر مغناطیس زمین به وجود می آید که به صورت درخشش نورهای زیبایی که شفق قطبی در برخورد ذرات باردار از مگنتوسفر زمین که معمولا الکترون و گاهی اوقات پروتون هستند و ذرات سنگین تر با اتم ها و مولکول ها به وجود می آیند در ارتفاعات ۳۰۰ تا ۷۰۰ کیلومتری (بیشتر اوقات در بلندی ۱۰۰ کیلومتر) در آسمان قطب های زمین دیده میشود.

آیا در سایر سیارات منظومه ی خورشیدی ما هم شفق قطبی شکل می گیرد؟ پاسخ مثبت است. شفق قطبی در سیارات ناهید، مریخ، مشتری، زحل، نپتون و اورانوس نیز دیده شده است.

شفق قطبی در سیاره ناهید

سامانه ی خورشیدی ما هنوز ناشناخته های شگفت انگیز بسیاری را در خود جای داده است. یکی از این ناشناخته ها سیاره ناهید است. در دهه 60 دانشمندان می دانستند که این سیاره تقریباً بدون میدان مغناطیسی است. برای مثال، این بدان معنی است که هیچ شفق قطبی در این سیاره دیده نمی شود. این در حالی است که اطلاعات کاوشگر مدارگرد ونوس اکسپرس آژانس فضایی اروپا نشان می دهد که شفق ها در این سیاره نیز وجود دارند.

اخترفیزیکدانان دانشگاه علم و فناوری چین و تیم تجسس مغناطیس سنج مارس اکسپرس در بررسیهای خود دریافتند که رفتار گاز یونیزه و میدان بسیار ضعیف مغناطیسی ناهید همان پدیده ای را نشان می دهند که در اصطلاح به آن “اتصال مجدد مغناطیسی” گفته می شود. این “اتصال مجدد مغناطیسی”، پدیده ای است که در پایه تشکیل شفق های قطبی قرار دارد و به همین علت، باد خورشیدی (جریان ذرات باردار رسیده از خورشید) میدان مغناطیسی سیارات را همانند نوعی جریان الاستیکی جابجا می کنند. زمانی که این الاستیک رها می شود نیروی مغناطیسی به حالت طبیعی خود باز می گردد و میزان زیادی انرژی آزاد می کند. این انرژی الکترونها را به سمت لایه های بالاتر اتمسفر شتاب می دهد و در این لایه ها باعث شکل گیری نمایش نورهای شفق های قطبی می شود.

شفق قطبی در سیاره مریخ

در مریخ نیز شفق قطبی وجود دارد، با این تفاوت که به‌جای ارغوانی و سبز عمدتاً به رنگ آبی دیده می‌شود. تصویر زیر نشان می‌دهد که شفق قطبی در سیاره مریخ به چه شکل دیده خواهد شد. این تصویر را ژان لیلنستن و همکارانش در موسسه اخترفیزیک و سیاره شناسی گرونوبل فرانسه ساخته‌اند. آنها برای تهیه این تصویر از وسیله‌ای به نام Planeterrella استفاده کرده‌اند که یک کره، میدان مغناطیسی و ذرات باردار را در محیطی مانند بطری به دام می‌اندازد. با تزریق گازهای مشابه با ترکیب جوی سیارات، این ابزار می‌تواند نشان دهد که شفق‌های قطبی در سیارات مختلف به چه شکل و رنگی دیده خواهد شد.

این شفق قطبی حاصل تعامل ذرات باردار فوران یافته از خورشید با میدان مغناطیسی سیاره و مولکول‌های جو برای تولید نور است. رنگ شفق را مولکول‌های عناصر موجود در جو تعیین می‌کنند. بیش از ۹۶ درصد جو مریخ را دی‌اکسید کربن تشکیل داده و از آنجاکه این مولکول در برخورد ذرات باردار پرانرژی نور آبی آزاد می‌کند، شفق قطبی در سیاره سرخ به رنگ آبی دیده خواهد شد. پیش‌ از این، فضاپیماها توانسته بودند شفق‌های قطبی مریخ را در نور فرابنفش مشاهده کنند. در اوایل سال میلادی جاری، فضاپیمای ماون(MAVEN) ناسا توانست شفق قطبی را در ارتفاعات پایین نیمکره شمالی ببیند و این در حالی است که این پدیده عموماً در نیمکره جنوبی سیاره سرخ دیده می‌شود، جایی که میدان مغناطیسی قوی‌تر است.

شفق قطبی در سیاره مشتری

در سال 1979 حین عبور فضاپیمای ویجر 1 از کنار سیاره ی مشتری حلقه های نازکی از شفق قطبی در این سیاره مشاهده شد. در واقع با رصدهای بعدی توسط تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ اشعه ی ایکس چاندرا مشاهده شد که شفق های قطبی در سیاره ی مشتری یک منبع بسیار قدرتمند انرژی هستند. پدیده شفق قطبی در قطب شمال و جنوب سیاره مشتری، این سیاره که میدان مغناطیسی قوی ای دارد دیده شد.

به گفته ی محققان قدرت تولید شده توسط آنها حدود 1 میلیون مگا وات است در مقایسه شفق قطبی زمین حدود 1000 مگا وات است.(مگاوات، که با MW نشان داده می‌شود، برابر با یک میلیون وات است) به طور مثال یک شهر بزرگ انرژی حدود 10 هزار مگا وات را مصرف میکند. گاهی اوقات این انرژی می تواند تاثیر قابل توجهی بر اتمسفر داشته باشد. بر خلاف زمین عقیده بر این است که شفق های قطبی مشتری از دو ناحیه نشأت میگیرد: از قمرش آیو و از جریان ذرات حمل کننده که در اعماق دنباله ی مغناطیسی این سیاره قرار دارد. دانشمندان هنوز در حال مطالعه شفق های قطبی مشتری هستند تا بتوانند به طور کامل شکل گیری این نوع شفق را درک کنند.

شفق قطبی در سیاره زحل

تلسکوپ فضایی هابل، در جست و جوهای کیهانی خود شفق قطبی سیاره زحل را با میدان مغناطیسی و بازتاب نور خورشید شکار کرده است. دانشمندان دریافته‌اند شفق‌های زحلی به همان دلیلی روی این سیاره ایجاد می‌شوند که روی زمین به‌ وجود می‌آیند و نمایشی دیدنی از آتش‌بازی مغناطیسی را در اتمسفر ایجاد می‌کنند. انفجارهای شدید خورشیدی و بازتاب نورهای آن در سایر سیارات از جمله زحل، موجب پیدایش منجر به فروپاشی دنباله مغناطیسی این سیاره شده و میدان‌مغناطیسی سیاره را مختل می‌کند و به این شکل شفق‌ها در آسمان سیاره نمایان می‌شوند. ذرات باردار حاصل بادهای خورشیدی در تقابل با میدان مغناطیسی یک سیاره با جسم مشابه منحرف می شوند. دانشمندان دانشگاه لستر واقع در انگلستان نیز در آوریل و می سال ۲۰۱۳ چنین رویدادی را با کاوش داده های هابل بررسی کرده بودند.

شفق قطبی در سیاره اورانوس

در این نما شفق های قطبی سیاره ی اورانوس را در مقابل حلقه های استوایی آن می بینید، این تصویر توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا شکار شده است. بر خلاف سیارات زمین و مشتری و… شفق های قطبی اورانوس در راستای قطب های آن نیست که دلیل آن میدان مغناطیسی نامتوازن این سیاره است. اورانوس که سومین سیاره بزرگ سامانه ی خورشیدی است بخاطر میل محوری 98 درجه ای که دارد به سیاره بر شکم خوابیده معروف است و همین عامل باعث شده تا فصول و شبانه روز این سیاره متفاوت از دیگر سیارات باشد.

شفق قطبی در سیاره نپتون

فضاپیمای ویجر 2 حین عبور از کنار سیاره ی نپتون در سال 1986 شفق های قطبی را در این سیاره مشاهده کرد. به دلیل میدان مغناطیسی پیچیده نپتون، وجود شفق در این سیاره با شفق روی زمین متفاوت میباشد. این شفق فرایند پیچیده ای دارد که نه تنها در نزدیکی قطب مغناطیسی نپتون بلکه در مناطق گسترده ای از آن روی می دهد. قدرت شفق در نپتون ضعیف است، تخمین زده می شود که در حدود 50 میلیون وات است که در مقایسه این قدرت در شفق های زمینی 1000 مگا وات میباشد.

شفق های قطبی فرای سامانه ی خورشیدی ما

مشاهده ی شفق های قطبی به سیارات سامانه ی خورشیدی ما ختم نمی شوند و ‌دانشمندان موفق به رصد شفق قطبی خارج از منظومه شمسی، اینبار نه در یک سیاره یا قمر بلکه در یک ستاره ی کوتوله ی قهوه ای شدند. اخترشناسان این پدیده را در یک ستاره کم نور در فاصله ۱۸٫۵ سال نوری و در صورت فلکی شلیاق مشاهده کرده اند. LSR J1835+3259 یک کوتوله سرخ یا یک کوتوله قهوه ای است. شفق قطبی دیده شده در این کوتوله ی قهوه ای، نور حلقه ای در قطب شمال آن است، که ستاره شناسان مقدار قابل توجهی نور و امواج رادیویی را تشخیص دادند. اگر چه این نوع نور در سیاره های بزرگی مثل زحل و مشتری نیز مشاهده شده است اما این شفق هزاران بار قوی تر می باشد.

نویسنده و گرداوری: سمیر  الله وردی / سایت علمی بیگ بنگ

منابع: ESA , jupiter aurora, space ,popsci.com , Aurora

news.sciencemag ,neptune aurora , neptune magnetic , NASA