ظاهرة الشفق القطبي..«الجزء الثاني»

تحدثنا سابقًا في الجزء الأول عن معنى ظاهرة الشفق القطبي، ومتى يمكن أن نراها، في هذا الجزء نستكمل رحلتنا بداخل هذا الضوء لمعرفة ماهو سبب ظهور هذا الشكل الخلاب، وأسباب اختلاف ألوان الشفق القطبي.

كيف يتكون الشفق القطبي؟

• مغناطيسية الأرض:

يُقدر عمر كوكبنا أكثر بقليل من 4.5 مليارات سنة، حيث يظن العلماء أن الأرض في بداية نشأتها، كانت كتلة كبيرة من المعادن المنصهرة تسبح في الفضاء، تكوّن من تراكم تدريجي لمواد صخرية كانت تحيط بالشمس في بداية نشوئها وعندما يكون لديك جسم كالأرض، سوف تترسب العناصر الثقيلة إلى مركز الجسم مثل الحديد على سبيل المثال، والعناصر الخفيفة الغنية بالكربون والماء سوف تطفو على السطح مثل الطحالب على سطح البُحيّرة، لتكوين طبقات الأرض وهى اللب والوشاح والقشرة، وسيتجمع الحديد الغاطس في مركز الأرض حيث كوّن قلب منصهر يبلغ حجمه ضعف حجم القمر، الحديد السائل مستمر في التدويم والتدفق، وحتى يومنا هذا تولّد تلك الحركة تيارات كهربية عن طريق دوران الكوكب حول نفسه حيث ينتج عنها دوامات مثل التي تحدث في الغلاف الجوي.
هذه الكرة الدوامية من الحديد المنصهر هى التي تولِّد المجال المغناطيسي للأرض، وتحوّل كوكبنا إلى مغناطيس ضخم، ذو قطبين شمالي وجنوبي ويقع مركزه على بعد 440 كم من مركز الأرض، ويتقاطع محوره مع محورها الجغرافي، لذلك لا ينطبق كل من الشمال والجنوب المغناطيسي على الشمال والجنوب الجغرافي للأرض، وتنشأ تلك الطاقة اللازمة للحركة من النشاط الإشعاعي الناتج من عناصر كاليورانيوم و الثوريوم.

• الغلاف الجوي المغناطيسي (Magnetosphere):

على الرغم من أن موضوع المغناطيسية الأرضية لم تكشف جميع جوانبه بعد، فإن أكثر النظريات قبولاً في هذا المجال هى ( النظرية الديناميكية- Dynamo theory)، وتعرف أيضاً بنظرية (الكهربائية المغناطيسية- Magnetic Field) التي جاء بها «إلساسر وبولارد- Elssar and Bullard»اللذان افترضا أن الديناميكية اللازمة لتوليد الجزء الأكبر من المجال المغناطيسي الأرضي (ما يقرب من 94%) يوجد في الغلاف الخارجي لمنطقة اللب التي تتكون بصورة رئيسية من سبائك الحديد والنيكل مع كميات قليلة من العناصر الخفيفة كالكبريت والسيليكون وبعض العناصر المُشعة، وتوجد مواد هذه المنطقة بشكل مائع وموصل للكهربائية، وتخرج خطوط القوة المغناطيسية من باطن الأرض مُمتدة عبر الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي حيثُ تنتج حقلًا مغناطيسياً هائلًا، يعرف بالغلاف المغناطيسي الأرضي ( Magnetosphere) وهو الحامي الأكبر من جميع الأشعة الكونية كما سنذكر لاحقاً.

• الرياح الشمسية:

في منتصف مجموعتنا الشمسية تقع الشمس، النجم الأصفر الذي يمد كوكبنا بالحياة، تقع على بُعد حوالي 93 مليون ميل، ولكن تأثيرها يمتد إلى ما أبعد عن سطحها المرئي، نتيجة للنشاط المغناطيسي المُكثف للشمس، كلما تدور الشمس حول محورها يحدث تشويه وانحراف للمجالات المغناطيسية للشمس فتتداخل مع بعضها وتنفجر، وتُكوِن ما يعرُف بالبقع الشمسية (Sunspots)، تنتشر على هيئة ثنائيات ويمكن أن يصل حجمها إلى أضعاف قطر الكرة الأرضية.

تصل حرارة مركز الشمس إلى 15 مليون درجة سيليزية، ونتيجة لارتفاع وانخفاض درجة حرارة سطح الشمس، تهرب جزيئات أشعة البقع الشمسية من سطح الشمس، ثم تقذف جزئيات أخرى تتكون من البلازما وتسمي الرياح الشمسية (Solar Wind) إلى الفضاء، وتأخد هذه الرياح الشمسية حوالي 40 ساعة للوصول للأرض، وعندما تصل هذه الرياح تتكون ظاهرة الشفق القطبي.

وإليك بالتفصيل ما يحدث عندما تصل الرياح الشمسية إلى كوكب الأرض:

ترسل العواصف والرياح الشمسية دُفعات من الجزيئات المشحونة في الفضاء على هيئة رياح، يُقابلها الغلاف المغناطيسي والجوي للأرض، وعندما تمر الجزيئات المشحونة من الشمس خلال منطقة الغلاف المغناطيسي (Magnetosphere) وتصطدم بجزيئات الغلاف الجوي للأرض مثل الأكسجين والنيتروجين، يحدث إثارة لذرات الغلاف الجوي، وكما نعرف أن الذرة تحتوي على نواة ويدور حولها الالكترونات في مدارات، عندما تصطدم الجزيئات المشحونة بالذرات، تكتسب الالكترونات طاقة أكبر مما يؤهلها للانتقال لمدرات طاقة أعلى بعيدًا عن النواة، وعندما يهدأ ويفقد طاقته، يعود الالكترون مرة أخرى إلى مداره الأصلي حيث يفقد تلك الطاقة على هيئة ضوء أو فوتونات (حزمة من الطاقة الكهرومغناطيسية تشكل الضوء الذي نراه) أو بما يعرف بالشفق القطبي، ومع ملايين الاصطدامات بين ملايين الجزينات يحدث هذا الضوء المبهر، هذا الاصطدام يشبه تماماً مثل الذي يحدث في أضواء النيون، عندما تمر الكهرباء -إلكترونات مشحونة- فيحدث إثارة للإلكترونات الموجودة في غاز النيون، فيظهر ذلك الضوء الأبيض من مصباح النيون.

أسباب ألوان و أشكال الشفق القطبي المختلفة.

يعتمد لون الشفق القطبي على نوع الغاز سواء كان نيتروجين أو أكسجين، وعلى مدى سرعة تحركها بالإضافة إلى كمية الطاقة المكتسبة عند الاصطدام، الإلكترونات ذوات الطاقة العالية تجعل الأكسجين يطلق ضوءاً أخضراً وهو الضوء الشائع للشفق، والطاقة الاقل تطلق لوناً أحمراً، أما بالنسبة للنيتروجين فيطلق لوناً أزرقاً، ومن الممكن أن يمتزجوا فنرى اللون الوردي، البنفسجي والأبيض. أيضاً يمكن أن يطلق الأكسجين والنيتروجين أضواء فوق بنفسجية (Ultraviolet) ويتم رصدها بكاميرات خاصة على الأقمار الصناعية. أما بالنسبة للأشكال المختلفة فيظل لغزاً يعجز العلماء عن تفسيره، قال بعض العلماء أنه يعتمد على موقع الاصطدام بالإلكترونات المشحونة في الغلاف المغناطيسي.

يتم رصد الشفق القطبي خارج الكرة الأرضية على شكل حلقة دائرية بقطر 4000 كيلومتر حول الأقطاب المغناطيسية للأرض، وتعرف تلك الحلقات بـ ( الشفق البيضاوي – Auroral Oval) كما في الصورة، يأخد الشفق البيضاوي الشمالي مسارًا نحو ألاسكا، كندا، جرينلاند، شمال الدول الإسكندافية وروسيا. وفي نصف الكرة الجنوبي، يظهر في القارة القطبية الجنوبية ويمكن أن يصل إلى نيوزلندا، شيلي واسترليا. الشفق القطبي البيضاوي يتمدد وينكمش تبعًا لمستوى النشاط الشفقي في الفضاء، فأحياناً يمكن أن تمتد لتغطي جزء كبير من شمال أمريكا وأوروبا.

الشفق في الكواكب الأخرى

تم رصد الشفق على أقطاب بعض الكواكب مثل المشتري، زحل وأورانوس ولم يظهر في المريخ أو عطارد أو الزهرة بسبب عدم وجود غلاف مغناطيسي قوي لتلك الكواكب او غلاف جوي كما الحال مع عطارد.

إعداد وتصميم: Amir Ayad
مراجعة: Mohammed Sherif

مصادر

http://sc.egyres.com/g4q7e

http://sc.egyres.com/M7AHH

http://sc.egyres.com/PzbMz

http://sc.egyres.com/GYpNV