شفق قطبی چیست و کجا می‌توان آن را دید؟

ذرات پرانرژی خورشید با سرعت‌ نزدیک به ۲۷ میلیون کیلومتر بر ساعت با جو فوقانی زمین برخورد می‌کنند اما میدان مغناطیسی زمین از ما در برابر این حمله محافظت می‌کند. میدان مغناطیسی زمین ذرات را به سمت قطب‌ها هدایت می‌کند و طی فرایندی شفق‌های قطبی به وجود می‌آیند. این پدیده‌ی جوی چشمگیر از سال‌ها پیش دانشمندان و تماشاچیان آسمان را حیرت‌زده کرده است.

نورهای شمالی یا شفق‌های قطبی، به نمایش رنگارنگ و چشم‌نواز نور در آسمان شب نیمکره‌ی شمالی گفته می‌شوند. البته شفق‌های نیم‌کره‌ی جنوبی با عنوان نورهای جنوبی شناخته می‌شوند. نورهای شمالی و جنوبی هر دو نورهای قطبی یا شفق‌های قطبی هستند؛ زیرا در نزدیکی قطب‌های مغناطیسی زمین ظاهر می‌شوند.

در لحظه‌های مشخصی، خورشید ذرات باردار را از قسمت تاج یا جو فوقانی خود دفع می‌کند و باعث شکل‌گیری بادهای خورشیدی می‌شود. بادهای خورشیدی با یونوسفر یا جو فوقانی زمین برخورد می‌کنند و این برخوردها باعث ایجاد جرقه‌های کوچکی می‌شوند که آسمان را با نور رنگی پر می‌کنند. با شکل‌گیری متوالی میلیاردها جرقه، اصطلاحاً شفق‌ها در آسمان حرکت می‌کنند یا می‌رقصند. به این پدیده در نیم‌کره‌ی شمالی، نور شمالی (aurora borealis) گفته می‌شود در حالی که در نیمکره‌ی جنوبی، به نور جنوبی یا aurora australis معروف است.

ذرات باردار خورشیدی توسط میدان مغناطیسی زمین به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند و با جو زمین برخورد می‌کنند. شکل میدان مغناطیسی زمین باعث ایجاد دو بیضی شفقی بالای قطب‌های مغناطیسی شمال و جنوب می‌شود.

هر نوع اتم یا مولکول، مجموعه‌ی منحصر‌به‌فردی از رنگ‌ها را جذب و منتشر می‌کند. این ویژگی را می‌توان به اثر انگشت منحصر‌به‌فرد انسان‌ها تشبیه کرد. به‌طورکلی رنگ‌های ذیل را می‌توان در نورهای شمالی آسمان مشاهده کرد:

• سبز: سبز رایج‌ترین رنگی است که از زمین دیده می‌شود و معمولاً زمانی ایجاد می‌شود که ذرات باردار در ارتفاع‌های ۱۰۰ الی ۳۰۰ کیلومتر با مولکول‌های اکسیژن برخورد کنند.
• قرمز تیره و صورتی: گاهی اوقات، لبه‌های پایینی شفق قطبی به رنگ صورتی یا قرمز تیره درمی‌آیند. این رنگ حاصل مولکول‌های نیتروژن در ارتفاع‌ تقریبا ۱۰۰ کیلومتری است.
• قرمز: در ارتفاع بالاتری از جو زمین (۳۰۰ الی ۴۰۰ کیلومتر)، برخورد با اتم‌های اکسیژن به تولید شفق‌های قطبی قرمز رنگ می‌انجامد.
• آبی و بنفش: مولکول‌های هیدروژن و هلیوم می‌توانند شفق‌های قطبی آبی و بنفش را تشکیل دهند؛ اما معمولاً تشخیص این رنگ‌ها و تفکیک آن‌ها از آسمان شب برای چشم انسان دشوار است.

در زمین، همتای نورهای شمالی در نیم‌کره‌ی جنوبی، نورهای جنوبی نامیده می‌شود. نورهای جنوبی و شمالی از لحاظ فیزیکی ویژگی یکسانی دارند و تنها تفاوت آن‌ها در موقعیت جغرافیایی است. دانشمندان انتظار دارند شفق‌های قطبی شمال و جنوبی به‌صورت همزمان در طول طوفان خورشیدی رخ دهند اما گاهی با تأخیر ظاهر می‌شوند.

یکی از دشوارترین جنبه‌های شفق قطبی، مقایسه‌ی شفق‌های شمالی و جنوبی است. عدم تقارن نیم‌کره‌ای شفق تا اندازه‌ای به دلیل تداخل میدان مغناطیسی خورشید با میدان مغناطیسی زمینه است اما پژوهش‌ها همچنان در این زمینه ادامه دارند.

یکی از رویدادهای مشابه شفق، STEVE (افزایش سرعت پرتوی گرمایی قوی) است. STEVE مانند شفق‌های شمالی و جنوبی، پدیده‌ی جوی درخشانی است اما اندکی با همتای شفقی خود متفاوت است. این پرتوها به شکل منحنی‌های باریک و تفکیک‌شده ظاهر می‌شوند، اغلب به رنگ بنفش هستند و ساختار میخ‌مانندی به رنگ سبز دارند. STEVE در ارتفاع‌های پایین‌تر نزدیک به استوا هم دیده می‌شود.

بر اساس پژوهشی که در سال ۲۰۱۹ در مجله‌ی Geophysical Research Letters منتشر شد، STEVE حاصل دو مکانیزم است: رگه‌های بنفش رنگ که حاصل گرمایش ذرات باردار در جو فوقانی هستند و ساختار میخ‌مانند که از سقوط الکترون‌ها به داخل جو حاصل می‌شود. فرایند دوم با عامل ایجاد شفق‌های قطبی یکسان است به همین دلیل پدیده‌ی STEVE نوعی خاص و ترکیبی از شفق قطبی محسوب می‌شود.

اگر به دنبال دیدن شفق‌های قطبی هستید، سعی کنید تابستان این کار را انجام ندهید. برای دیدن شفق قطبی نیاز به تاریکی دارید و معمولاً ماه‌های تابستان کمترین تاریکی را دارند؛ خبر خوب این است که چرخه‌ی یازده‌‌ساله‌ی فعالیت خورشیدی در اوج خود قرار دارد و احتمالاً شاهد لکه‌های خورشیدی، شراره‌ها و پدیده‌ی خروج جرم از تاج خورشیدی به‌دفعات بیشتری نسبت به سال‌های گذشته خواهیم بود.

پدیده‌ی خروج جرم از تاج خورشیدی، قوی‌ترین منبع ذرات بارداری است که از تاج خورشیدی یا جو فوقانی خورشید خارج می‌شود. وقتی خورشید این فوران‌های پلاسمایی را در جهت زمین منتشر می‌کند، شفق‌های حیرت‌انگیزی به وجود می‌آیند؛ اما برای پیش‌بینی شفق قطبی تنها دانستن آب و هوای خورشیدی کافی نیست. بلکه نیاز به آسمان پاک و شفافی دارید. در منطقه‌ی شفق شمالی، فصل‌های بهار و زمستان کمتر از فصل پاییز ابری هستند بنابراین برنامه‌ریزی سفر بین دسامبر و آوریل ایده‌ی خوبی است. به‌صورت ایدئال بهتر است زمان سفر منطبق با ماه نو باشد و مطمئن باشید به اندازه‌ی کافی از نورهای شهری دور شده‌اید.

لباس گرم بپوشید و بین ساعت ۱۰ شب تا ۲ نیمه‌شب به وقت محلی به تماشای شفق‌های قطبی بروید. دوره‌های فعالیت شفق قطبی معمولاً ۳۰ دقیقه به طول می‌انجامد و هر دو ساعت یک بار رخ می‌دهند. شفق‌ قطبی پدیده‌ای متناوب است و به‌صورت تصادفی برای بازه‌های کوتاه رخ می‌دهد.

برای اطلاع از میزان فعالیت شفق‌های قطبی در منطقه‌ی خود می‌توانید از پیش‌بینی‌های شفق قطبی مؤسسه‌ی ژئوفیزیکی استفاده کنید. همچنین برای وب‌سایتی به نام Aurorasaurus اطلاعات فوری را در اختیار علاقه‌مندان به شفق قطبی قرار می‌دهد.

حتی می‌توانید بدون ترک خانه‌ی خود فرصت دیدن شفق‌های قطبی را داشته باشید. سازمان فضایی کانادا، بازخورد زنده‌ی آسمان را در نواحی شمال غرب کانادا در طول فصل‌های پاییز، زمستان و بهار نشان می‌دهد.

اما برای دیدن شفق‌های قطبی دقیقاً باید کجا برویم؟ افراد ساکن اروپا می‌توانند به کشورهای نروژ، سوئد و فنلاند بروند. بسیاری از مردم بومی این مناطق به زبان انگلیسی مسلط هستند و تورهای متعددی برای دیدن شفق‌های قطبی وجود دارند.

ایسلند هم انتخاب خوبی است گرچه آسمان‌های ابری این کشور دیدن شفق‌های قطبی را در برخی شب‌ها دشوار می‌سازند. همچنین کشور روسیه دارای بخشی شفقی در نواحی شمالی است اما به سختی می‌توان به این مناطق دسترسی پیدا کرد زیرا فاقد زیرساخت‌های توریستی هستند. اگر خوش‌شانس باشید می‌توانید در مسکو یا سن‌پترزبورگ شفق قطبی ببینید؛ اما حتماً باید از آلودگی نوری شهری دور شوید.

در آمریکای شمالی، گزینه‌های زیادی برای دیدن شفق‌های قطبی وجود دارد. البته شرق کانادا معمولاً ابری است. تورهای آلاسکا هم انواع سفرها و گزینه‌های مختلفی را در اختیار بازدیدکنندگان قرار می‌دهند.

شفق قطبی استاندارد در مناطق شمالگانی دیده می‌شود؛ اما گاهی اوقات در شرایط استثنایی شفق قطبی در دامنه‌های پائین‌تر هم ظاهر می‌شوند. برای مثال در اواخر اکتبر ۲۰۲۱، پدیده‌ی قدرتمند CME (خروج جرم از تاج خورشیدی) باعث شد بازدیدکنندگان ارتفاع‌های پایین‌تر مثل نوادا، داکوتای جنوبی، میشیگان شمالی و نیوهمپشایر بتوانند از شفق‌های زیبا لذت ببرند. در بریتانیا هم عکاس‌ها تصاویری از شفق‌های قطبی را در اسکاتلند و شمال انگلستان ثبت کردند.

با توجه به اینکه ایران در ارتفاع بسیار پایین‌تری نسبت به نواحی شمالگانی و قطبی قرار دارد، بعید است شاهد شفق‌ قطبی در ایران باشیم.

شفق‌های قطبی می‌توانند روی سیاره‌های دیگر هم رخ دهند. پیش‌نیازهای لازم برای ظاهر شدن شفق قطبی، جو و میدان مغناطیسی هستند. شفق‌های قطبی را می‌توان در جو تمام سیاره‌های غول گازی مثل مشتری و زحل دید و این پدیده عجیب نیست؛ زیرا تمام این سیاره‌ها دارای میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی هستند. در نهایت شگفتی، شفق‌های قطبی در سیاره‌های زهره و مریخ با وجود میدان‌های مغناطیسی ضعیف آن‌ها دیده می‌شوند.

ستاره‌شناس‌ها همچنین چشم‌اندازهایی از فعالیت شفقی را در منظومه‌های دیگر رصد کرده‌اند. برای مثال دو پژوهش سال ۲۰۲۱، گزارشی از کشف امواج رادیویی منتشرشده توسط ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ را منتشر کردند که ستاره‌هایی کوچک‌تر و کم‌نورتر از خورشید هستند. این امواج احتمالاً با نوعی شفق معکوس در ارتباط هستند که نزدیک به ستاره‌ها رخ می‌دهد و بر اثر ذرات منتشرشده از سیاره‌های نزدیک به آن‌ها به وجود می‌آید. شفق‌ها احتمالاً در آسمان سیاره‌های فراخورشیدی هم رایج هستند اما نیاز به رصدهای دقیق‌تر و واضح‌تری از این سیاره‌ها داریم.

شفق قطبی پدیده‌ای جوی است که بر اثر برخورد ذرات پرانرژی خوشید با گازهای موجود در جو زمین به وجود می‌آید. شفق‌های قطبی بر اساس مولکول‌های هوا، رنگ‌های مختلفی دارند و در هردو قطب شمال و جنوب دیده می‌شوند. بهترین زمان سال برای دیدن شفق‌ قطبی، بهار و زمستان است زیرا در این مواقع آسمان صاف‌تر و کمتر ابری است و بهترین کشورها، کشورهای شمالگانی مثل کانادا، نروژ، سوئد و فنلاند هستند. با این حال شاید طی شرایط کمیاب شفق‌های قطبی در ارتفاع‌های پایین‌تر مثل انگلستان هم دیده شوند. شفق قطبی در ایران به دلیل فاصله‌ی زیاد با قطب، رخ نمی‌دهد.

همچنین شفق‌های قطبی را می‌توان در دیگر سیاره‌های منظومه‌ی شمسی مثل غول‌های گازی رؤیت کرد. احتمال بروز شفق قطبی روی این سیاره‌ها به دلیل وجود میدان مغناطیسی قوی بالا است. با این‌حال شفق قطبی روی سیاره‌های مثل مریخ و زهره که میدان‌های مغناطیسی ضعیفی دارند نیز دیده شده است.