الأضواء الشمالية (الشفق القطبي) : ما هي وكيف تراها ؟

الأضواء الشمالية، أو الشفق القطبي، هي موجات رقص جميلة من الضوء أسرت الناس لآلاف السنين. لكن على الرغم من جماله، فإن عرض الضوء المذهل هذا هو حدث عنيف إلى حد ما.

تصطدم الجسيمات المنشطة من الشمس بالغلاف الجوي العلوي للأرض بسرعات تصل إلى 45 مليون ميل في الساعة (72 مليون كيلومتر في الساعة)، لكن المجال المغناطيسي لكوكبنا يحمينا من الهجوم.

نظرًا لأن المجال المغناطيسي للأرض يعيد توجيه الجسيمات نحو القطبين. تتحول العملية الدرامية إلى ظاهرة سينمائية في الغلاف الجوي تبهر وتذهل العلماء و مراقبي السماء على حدٍ سواء.

تاريخ الأضواء الشمالية (الشفق القطبي)

على الرغم من أن عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي هو من صاغ اسم "الشفق القطبي" في عام 1619 نسبة إلى إلهة الفجر الرومانية، أورورا، وإله الرياح الشمالية اليوناني، بورياس : كان أول سجل مشتبه به للأضواء الشمالية في لوحة كهف عمرها 30000  عام في فرنسا.

منذ ذلك الوقت، تعجبت الحضارات في جميع أنحاء العالم من الظاهرة السماوية، ونسبت كل أنواع الأساطير إلى أضواء الرقص.

تشير إحدى أساطير الإنويت في أمريكا الشمالية إلى أن الأضواء الشمالية عبارة عن أرواح تلعب الكرة برأس فظ، بينما اعتقد الفايكنج أن هذه الظاهرة كانت ضوءًا ينعكس على درع فالكيري، العذارى الخارقات اللواتي جلبن المحاربين إلى الحياة الآخرة.

ذكر علماء الفلك الأوائل أيضًا الأضواء الشمالية في سجلاتهم. سجل عالم فلك ملكي في عهد ملك بابل نبوخذ نصر الثاني تقريره عن هذه الظاهرة على لوح يرجع تاريخه إلى عام 567 قبل الميلاد، على سبيل المثال، بينما سجل صيني من عام 193 قبل الميلاد. يلاحظ أيضًا الشفق، وفقًا لوكالة ناسا.

لم يتم وضع النظريات العلمية وراء الأضواء الشمالية حتى مطلع القرن العشرين.

اقترح العالم النرويجي كريستيان بيركلاند أن الإلكترونات المنبعثة من البقع الشمسية تنتج أضواء الغلاف الجوي بعد توجيهها نحو القطبين بواسطة المجال المغناطيسي للأرض.

أثبتت النظرية في النهاية أنها صحيحة، ولكن بعد فترة طويلة من وفاة بيركلاند في عام 1917.

ما هو الشفق القطبي أو الأضواء الشمالية ؟

في أي لحظة، تقوم الشمس بإخراج الجسيمات المشحونة من الهالة، أو الغلاف الجوي العلوي، مما ينتج عنه ما يسمى بالرياح الشمسية.

عندما تضرب تلك الرياح طبقة الغلاف الجوي المتأين للأرض، أو الغلاف الجوي العلوي، يولد الشفق القطبي.

في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، تسمى هذه الظاهرة الأضواء الشمالية (الشفق القطبي)، بينما في نصف الكرة الجنوبي، تسمى الأضواء الجنوبية (الشفق القطبي).

قال عالم الفلك بيلي تيتس، مدير مرصد داير في جامعة فاندربيلت في ناشفيل بولاية تينيسي :

تنحرف هذه الجسيمات باتجاه قطبي الأرض عن طريق المجال المغناطيسي لكوكبنا وتتفاعل مع غلافنا الجوي، مما يؤدي إلى ترسيب الطاقة والتسبب في تألق الغلاف الجوي.

تملي الألوان الزاهية للأضواء الشمالية من خلال التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض.

قال تيتس لموقع ProfoundSpace.org :

"كل نوع من الذرات أو الجزيئات، سواء كان هيدروجينًا ذريًا أو جزيءًا مثل ثاني أكسيد الكربون، يمتص ويشع مجموعة الألوان الفريدة الخاصة به، وهو ما يماثل كيف يتمتع كل إنسان بمجموعة فريدة من بصمات الأصابع". . "بعض الألوان السائدة التي تُرى في الشفق هي اللون الأحمر ، وهو صبغة تنتجها جزيئات النيتروجين ، والأخضر الذي تنتجه جزيئات الأكسجين."

بينما الرياح الشمسية ثابتة، تمر انبعاثات الشمس خلال دورة نشاط مدتها 11 عامًا تقريبًا.

في بعض الأحيان يكون هناك هدوء، ولكن في أوقات أخرى، هناك عواصف هائلة تقصف الأرض بكميات هائلة من الطاقة.

هذا عندما تكون الأضواء الشمالية في أوجها وأكثرها تواترًا.

حدثت آخر فترة قصوى للطاقة الشمسية، أو فترة ذروة النشاط، في عام 2014، وفقًا للإدارة الوطنية الأمريكية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، ووضع المرحلة التالية في عام 2025 تقريبًا.

على الرغم من التقدم الكبير في الفيزياء الشمسية و علوم الغلاف الجوي، فإن الكثير عن الأضواء الشمالية لا يزال لغزًا.

على سبيل المثال، لم يكن الباحثون متأكدين تمامًا من كيفية تسريع الجسيمات النشطة في الرياح الشمسية إلى سرعاتها غير العادية (45 مليون ميل في الساعة) حتى يونيو 2021، عندما أكدت دراسة نُشرت في مجلة Nature Communications أن ظاهرة تسمى موجات Alfvén أعطت الجسيمات دفعة.

موجات ألفين هي تموجات منخفضة التردد لكنها قوية تحدث في البلازما بسبب القوى الكهرومغناطيسية. إن الإلكترونات التي تولد الأضواء الشمالية "تتصفح" على طول هذه الموجات في الغلاف الجوي للأرض، وتتسارع بسرعة.

ناسا تبحث أيضًا عن أدلة حول كيفية عمل الأضواء الشمالية. في عام 2018، أطلقت وكالة الفضاء مسبار باركر الشمسي، الذي يدور حاليًا حول الشمس وسيقترب في النهاية بما يكفي لـ "لمس" الهالة.

أثناء وجودها هناك، ستجمع المركبة الفضائية معلومات يمكن أن تكشف المزيد عن الأضواء الشمالية.

الأضواء الشمالية و الأنوار الجنوبية و ستيف

على الأرض، فإن الأضواء الجنوبية هي نظير الشفق القطبي الشمالي في نصف الكرة الجنوبي. فهي متشابهة فيزيائيًا وتختلف فقط في موقعها.

على هذا النحو، يتوقع العلماء حدوثها في وقت واحد خلال عاصفة شمسية، ولكن في بعض الأحيان يتخلف ظهور أحدهما عن الآخر.

قال ستيفن بيترينك، الفيزيائي في شركة لوكهيد مارتن للفضاء والمتخصص في فيزياء الغلاف المغناطيسي والغلاف الشمسي : "أحد الجوانب الأكثر تحديًا للشفق الليلي يتضمن مقارنة الشفق القطبي مع الشفق الأسترالي".

"بينما تحدث بعض الانبعاثات الشفقية في نصفي الكرة الأرضية في نفس التوقيت المغناطيسي المحلي، تظهر انبعاثات أخرى في قطاعات متقابلة في نصفي الكرة الأرضية في أوقات مختلفة - على سبيل المثال، قبل منتصف الليل في نصف الكرة الشمالي وبعد منتصف الليل في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية"

يرجع عدم تناسق نصف الكرة في الشفق القطبي جزئيًا إلى تداخل المجال المغناطيسي للشمس مع المجال المغناطيسي للأرض، لكن البحث في هذه الظاهرة مستمر.

حدث آخر يشبه الشفق القطبي على الأرض هو STEVE ("تعزيز سرعة الانبعاث الحراري القوي").

مثل الأضواء الشمالية والجنوبية، فإن STEVE هي ظاهرة جوية متوهجة، لكنها تبدو مختلفة قليلاً عن نظيراتها الشفقية المتموجة.

وقال بيترينيك: "تظهر هذه الانبعاثات على شكل قوس ضيق ومتميز، وعادة ما يكون لونه أرجوانيًا وغالبًا ما يشتمل على هيكل سياج اعتصام أخضر يتحرك ببطء نحو الغرب".

يمكن رؤية STEVE أيضًا من خطوط العرض السفلية، أقرب إلى خط الاستواء من الشفق القطبي.

اكتشفت دراسة نشرت عام 2019 في مجلة Geophysical Research Letters أن STEVE هو نتيجة آليتين : خطوط البنفسجي ناتجة عن تسخين الجسيمات المشحونة في الغلاف الجوي العلوي، بينما ينتج هيكل الحاجز الحاجز عن سقوط الإلكترونات في الغلاف الجوي.

العملية الأخيرة هي نفس محرك الشفق، مما يجعل STEVE نوعًا خاصًا من الشفق الهجين.

الشفق القطبي في كواكب أو عوالم أخرى

تحدث ظاهرة الشفق القطبي على الكواكب الأخرى أيضًا. كل ما هو مطلوب لصنع الشفق هو الغلاف الجوي و المجال المغناطيسي.

قال جيف ريجستر، مدرس الفيزياء وعلم الفلك بجامعة هاي بوينت في نورث كارولينا: "شوهدت الشفق القطبي في الغلاف الجوي لجميع الكواكب الغازية العملاقة، وهذا ليس مفاجئًا، لأن هذه الكواكب جميعها بها حقول مغناطيسية قوية".

"والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو اكتشاف الشفق القطبي أيضًا في كل من كوكب الزهرة و المريخ، وكلاهما لهما مجالات مغناطيسية ضعيفة للغاية."

في الواقع، صنف العلماء ثلاثة أنواع مختلفة من الشفق القطبي المريخي.

يحدث أحدهما فقط في نهار الكوكب، والآخر عبارة عن ميزة ليلية منتشرة تغذيها العواصف الشمسية القوية، والأخرى هي ظاهرة ليلية متقطعة إلى حد كبير.

تمكنت مركبة Hope Mars المدارية، وهي أول مهمة بين الكواكب في دولة الإمارات العربية المتحدة، من التقاط الشفق القطبي الليلي المنفصل بعد وقت قصير من وصوله إلى الكوكب الأحمر في أوائل عام 2021.

يمكن أن تساعد ملاحظات المسبار العلماء على فهم هذه الظاهرة الغامضة بشكل أفضل.

إن المجال المغناطيسي لكوكب المشتري أقوى بـ 20000 مرة من المجال المغناطيسي للأرض، لذا فإن الشفق القطبي للكوكب العملاق أكثر سطوعًا من تلك التي تشتعل في سمائنا.

و أضواء المشتري ليست مدفوعة فقط بالرياح الشمسية : فمعظم الجسيمات التي تسبب الشفق القطبي للكوكب تنفجر في الفضاء بواسطة قمره القريب من مداره Io، وهو الجسم الأكثر بركانيًا في النظام الشمسي.

حتى أن علماء الفلك قد التقطوا لمحات عن نشاط شفقي ظاهر في أنظمة شمسية أخرى.

على سبيل المثال، أفادت دراستان في أكتوبر 2021 عن اكتشاف موجات الراديو المنبعثة من عدة أقزام حمراء، ونجوم أصغر وأغمق من شمسنا.

قال باحثون إن موجات الراديو هذه مرتبطة على الأرجح بنوع من الشفق القطبي "المتخلف"، الذي يشتعل بالقرب من النجوم ويقوده الجسيمات الصادرة عن الكواكب القريبة من المدار.

تظل هذه الكواكب المغذية افتراضية في الوقت الحالي. لم يكتشف أحد حتى الآن أي دوران حول الأقزام الحمراء التي درسها الفريق.

ولكن إذا كان Callingham وزملاؤه على حق، فقد يكون لدى علماء الفلك تقنية قوية جديدة للبحث عن الكواكب تحت تصرفهم.

من المتوقع أن تكون الشفق القطبي شائعًا نسبيًا في سماء الكواكب الخارجية أيضًا.

لكن سيتعين علينا إلقاء نظرة أفضل على هذه العوالم البعيدة لرؤية عروضها الضوئية مباشرة.

أين و كيف ترى الأضواء الشمالية أو الشفق القطبي

تعتبر رؤية الأضواء الشمالية بأم عينيك عنصرًا في قائمة الأشياء لعشاق علم الفلك و المسافرين على حدٍ سواء. لحسن الحظ، تحدث بشكل متكرر.

قال المصور تشاد بلاكلي، صاحب شركة لايتس أوفر لابلاند السياحية، إن الأضواء الشمالية تحدث 24 ساعة في اليوم، وسبعة أيام في الأسبوع، و 365 يومًا في السنة. لكن هذا لا يعني أنه من السهل اكتشافها. عليك أن تكون في المكان المناسب في الوقت المناسب.

أفضل مكان لمشاهدة الأضواء الشمالية هو أي وجهة في "المنطقة الشفقية"، وهي المنطقة الواقعة ضمن نصف قطر يبلغ حوالي 1.550 ميلاً (2500 كيلومتر) من القطب الشمالي، وفقًا لمرصد ترومسو الجيوفيزيائي في النرويج.

هذا هو المكان الذي يحدث فيه الشفق القطبي بشكل متكرر، على الرغم من أن الظاهرة يمكن أن تزحف جنوبًا خلال العواصف الشمسية القوية بشكل خاص.

في مارس 1989، على سبيل المثال، جعل انفجار شمسي قوي الأضواء الشمالية مرئية، وإن كان ذلك لفترة وجيزة، للناس في أقصى الجنوب مثل هندوراس. (كانت هناك أيضًا بعض النتائج السلبية : العاصفة المغناطيسية الأرضية التي شحنت الشفق القطبي تسببت أيضًا في انقطاع الكهرباء مؤقتًا عبر مقاطعة كيبيك الكندية بأكملها.)

ضمن المنطقة الشفقية، من الأفضل أن تكون بعيدًا عن أضواء المدينة قدر الإمكان لزيادة الرؤية.

ولكن من الصعب جدًا الوصول إلى وسط البرية في القطب الشمالي، حتى مع وجود مرشد سياحي، لذلك من الأفضل أن تقيم نفسك في وجهة ذات بنية تحتية قوية، مثل فيربانكس، ألاسكا، يلونايف، كندا، سفالبارد، النرويج، منتزه Abisko الوطني في السويد، روفانيمي، فنلندا، وإلى حد كبير في أي مكان في أيسلندا.

أفضل وقت في السنة لمشاهدة الأضواء الشمالية هو بين سبتمبر وأبريل، عندما تصبح السماء مظلمة بما يكفي لرؤية الشفق القطبي. (تشهد المناطق الشمالية البعيدة شمس منتصف الليل، أو 24 ساعة من ضوء النهار في الصيف.)

تحدث معظم الأحداث عادة بين الساعة 9 مساءً و 3 صباحًا، وفقًا للمعهد الجيوفيزيائي بجامعة ألاسكا فيربانكس.

ضع في اعتبارك مراحل القمر، حيث قد يملأ القمر الكامل الساطع سماء الليل بالضوء.

تحقق من تنبؤات الطقس المحلية أيضًا، لأنك لن تكون قادرًا على اكتشاف الشفق القطبي من خلال السحب.

يمكنك أيضًا مراقبة توقعات الشفق القطبي من المعهد الجيوفيزيائي التابع لجامعة ألاسكا فيربانكس و NOAA، والتي تقدم تنبؤات لمدة ثلاثة أيام و 30 دقيقة.

كاتبة المقال : ستيفاني والديك

ترجمة : حازم العلاقي