الظواهر الطبيعية المعروفة باسم الشفق القطبي أو الأضواء الشمالية هي ظواهر ضوئية طبيعية مرئية في السماء الليلية داخل المناطق القطبية القريبة من القطب المغناطيسي. هذا العرض الجميل يحدث بسبب تصادم الجسيمات القادمة من الرياح الشمسية (بشكل رئيسي الإلكترونات والبروتونات) مع الجزيئات والذرات في الغلاف الجوي للأرض مما يؤدي إلى توهجها.
يبدأ كل هذا عندما يرسل الشمس بعض الجسيمات المعروفة باسم الرياح الشمسية إلى الفضاء. يمكن أن تتغلغل هذه الجسيمات في الغلاف الجوي بشكل أفضل من الأقطاب حيث يكون المجال المغناطيسي أضعف مقارنةً بأجزاء أخرى من الأرض حتى تصطدم بذرات الأكسجين والنيتروجين على ارتفاعات عالية مما يثير جزيئاتها لإصدار إشعاعات ملونة تعتمد ألوانها على نوع الغاز والارتفاع الذي يحدث فيه؛ على سبيل المثال، يصدر الأكسجين ضوءًا أخضر أو أحمر بينما قد ينتج النيتروجين ضوءًا أزرق أو بنفسجي.
يكون الشفق القطبي أكثر شيوعًا خلال أشهر الشتاء في أماكن مثل الدول الاسكندنافية وكندا وألاسكا وشمال روسيا؛ ومع ذلك، يمكن رؤيته أحيانًا حتى أبعد نحو الجنوب بسبب الإشعاع الشمسي القوي جدًا. إنها ظاهرة مذهلة تجذب غالبًا السياح الذين يرغبون في رؤية هذا العرض السماوي.
شكل آخر من أشكال الشفق الذي ظهر خلال مايو 2024 كان الشفق الأحمر ولكنه كان أكثر كثافة من المعتاد مما يعني أنه تم مشاهدته خارج أراضيه الطبيعية خاصة بعيدًا نحو الجنوب. يظهر اللون الأحمر إذا كانت جسيمات الرياح الشمسية ذات طاقة عالية أو إذا حدثت تصادمات مع ذرات الأكسجين على ارتفاعات أعلى.
ظهور الأضواء الشمالية في خطوط عرض أقل
يحدث ظهور الأضواء الشمالية في خطوط العرض الجنوبية عادةً خلال فترات النشاط الشمسي المكثف مثل العواصف الشمسية الكبيرة على سبيل المثال. يمكن أن توسع هذه الأحداث رؤية الأضواء الشمالية إلى مناطق أخرى مثل الجنوب التي تقع خارج المناطق القطبية الطبيعية. هذه فرصة نادرة جدًا لمشاهدة هذه الظاهرة السماوية بعيدًا إلى الجنوب.
لون الشفق القطبي
يعتمد لون الشفق القطبي على عدة عوامل، بما في ذلك؛ نوع الغاز في الغلاف الجوي للأرض الذي يتصادم مع الرياح الشمسية، والارتفاع الذي يحدث فيه هذا التصادم ومحتوى الطاقة للجسيمات في الرياح الشمسية. فيما يلي شرح لكيفية تأثير هذه العوامل على لون الشفق:
نوع الغاز
الأكسجين
تؤدي التصادمات مع ذرات الأكسجين على ارتفاعات بين 100 و 300 كم إلى حدوث ضوء أخضر وهو أيضًا اللون الأكثر شيوعًا للشفق. عند ارتفاعات أعلى من حوالي 300 كم، يمكن أن يسبب الأكسجين ضوءًا أحمر على الرغم من أنه نادرًا ما يحدث.
النيتروجين
تؤدي التفاعلات مع جزيئات النيتروجين إلى ألوان زرقاء أو بنفسجية حمراء. عندما تكون الجسيمات الشمسية عالية الطاقة متورطة، يحدث اللون الأزرق بشكل أكثر تكرارًا.
ارتفاع الاصطدام
تظهر ألوان مختلفة عند ارتفاعات مختلفة بسبب التغيرات في ضغط الهواء وتركيبته. اللون الأخضر للأكسجين يحدث في الغالب بين 100 كم و 300 كم، بينما في الارتفاعات التي تتجاوز 300 كم قد يظهر الأكسجين بلون أحمر. اللون الأزرق للنيتروجين يحدث حتى في ارتفاعات أقل.
طاقة الجسيمات
يمكن للجسيمات القوية بشكل حاد أن تتغلغل في الغلاف الجوي وتواجه جزيئات عند ارتفاعات أقل، مما يؤدي إلى مجموعة متنوعة من الألوان التي تفسرها أنواع مختلفة من الاصطدامات.
هذه هي السبب وراء رؤيتنا لمجموعة مذهلة من الألوان خلال الشفق القطبي، مما يعني أنه ناتج عن التفاعل المعقد بين الرياح الشمسية وطبقات الغلاف الجوي للأرض. ولهذا السبب فإن الشفق القطبي أو الأضواء الشمالية جميلة ورائعة علمياً في آن واحد.