ألوان الشفق القطبي: سبب حدوثها واختلافها

يمكن أن تبدو ألوان الشفق القطبي خضراء أو وردية أو حمراء غامقة أو بنفسجية أو صفراء.

الشفق القطبي الذي يعرف أيضاً باسم أضواء الشمال أو أضواء الجنوب ظاهرة طبيعية تأسر الألباب منذ آلاف السنين.

يحدث هذا المنظر المميز قرب قطبي الأرض ويظهر بصورة أضواء متألقة متراقصة. وتنتج عن تفاعل بين الجسيمات الشمسية وغلافنا الجوي.
وتتنوع ألوان أضواء الشفق القطبي من الأخضر إلى الوردي إلى الأزرق والبنفسجي، لتترك الناظرين حيارى ومفتونين.
ولكن وراء هذه الألوان علم، وسيناقش المقال سبب حدوث ألوان الشفق القطبي واختلافها.

نشوء أضواء الشمال

تنتج أضواء الشفق القطبي عن جسيمات شمسية حاملة للطاقة تضرب أعلى الغلاف الجوي الأرضي بسرعة تصل إلى ٧٢ مليون كم في الساعة. ليقوم الغلاف المغناطيسي الأرضي بعدها بتوجيه هذه الجسيمات نحو القطبين الشمالي والجنوبي.

تدخل بعدها هذه الجسيمات المشحونة كهربائياً الغلاف الجوي، لتثير ذرات الغاز وجزيئاته مولدة أضواء الشفق. والأمر أشبه بآلية عمل غاز النيون. فعندما تثار الذرات والجزيئات بالإلكترونات يجب أن تعود إلى طاقتها الأساسية، وتفعل ذلك بتحرير الطاقة بصورة فوتونوات أي ضوء. ويعتمد لون ضوء النيون على المزيج الغازي داخل الأنبوب، تماماً كما يعتمد لون أضواء الشفق على مزيج الغاز في الغلاف الجوي.

ويتكون الغلاف الجوي من ٧٨٪ من النتروجبن و٢١٪ من الأوكسجين و٠.٩٣٪ من الآرغون و٠.٠٤٪ من ثاني أوكسيد الكربون. كما يحوي الهواء كميات قليلة من النيون والهيليوم والميثان والكريبتون والأوزون والهيدروجين وبخار الماء. وتحدد التركيبة الجوية والارتفاع الذي تصطدم عنده الجسيمات الشمسية لون الشفق.

الشفق القطبي الأخضر

أكثر أنواع الشفق القطبي شيوعاً هو الشفق الأخضر. ويحدث الشفق القطبي الأخضر بالأساس عندما تصطدم الجسيمات المشحونة بتراكيز عالية من الأوكسجين في الغلاف الجوي عند ارتفاعات تتراوح بين ١٠٠ إلى ٣٠٠ كم.
ونرى الشفق الأخضر بصورة أفضل من بقية الألوان نظراً إلى أن العين البشرية أعلى حساسية للون الأخضر من ألوان الطيف الضوئي.

الشفق القطبي الأحمر

الشفق القطبي الأحمر أكثر ندرة، وعادة ما يترافق مع نشاط شمسي شديد. ويحدث الشفق الأحمر عندما تتفاعل الجسيمات الشمسية مع الأوكسجين على ارتفاعات أعلى تتراوح بين ٣٠٠ إلى ٤٠٠ كم.

إذ يكون الأوكسجين على هذه الارتفاعات أقل تركيزاً ويثار عند تردد أو طول موجة أعلى، الأمر الذي يظهر اللون الأحمر. وعادة ما يرى الشفق الأحمر عند الحواف الأعلى للظاهرة.

الشفق القطبي الأزرق والبنفسجي

الشفق القطبي الأزرق والبنفسجي أقل شيوعاّ أيضاً، كما يميل أيضاً للظهور في فترات النشاط الشمسي الشديد.
وتحدث هذه الألوان عندما تصطدم الجسيمات الشمسية مع النتروجين في الغلاف الجوي، وذلك عند ارتفاعات تبلغ ٩٦ كم وأقل. وتظهر الألوان الزرقاء والبنفسجية في الأجزاء السفلى من الظاهرة.

الشفق القطبي الأصفر والوردي

أضواء الشفق القطبي الصفراء والوردية نادرة وتترافق بصورة خاصة مع نشاط شمسي شديد. وتنتج هذه الألوان عن مزيج من أضواء الشفق الحمراء مع الخضراء أو الزرقاء.

دور النشاط الشمسي في الشفق القطبي

يؤدي النشاط الشمسي -ومن ضمنه الرياح الشمسية والانبعاثات الكتلية الإكليلية الشمسية- دوراً أساسياً في كثافة أضواء الشفق وألوانها وتردداتها.

فخلال فترات النشاط الشمسي المرتفع تمطر الأرض بأعداد أعلى من الجسيمات الشمسية، مما يزيد احتمال أن تكون الألوان متنوعة وزاهية.
ويتأرجح النشاط الشمسي ضمن دورة شمسية تبلغ مدتها ١١ عاماً، مع فترات يبلغ النشاط الشمسي ذروته فيها. والنشاط الشمسي حالياً في مسار الارتفاع في الدورة الشمسية الحالية، ويتوقع العلماء أن يبلغ ذروته عام ٢٠٢٥.

أسئلة شائعة عن أضواء الشفق

لماذا ترى أضواء الشفق الشمالية التي تظهر عند خطوط العرض المنخفضة حمراء اللون؟

لذلك سببان، أولهما: يظهر اللون الأحمر عند ارتفاعات عالية، وبذلك يمكن رؤيته بمناطق أبعد عن القطبين. وثانياً: هناك نوع آخر من الشفق يظهر بلون أحمر بصورة أساسية خلال العواصف الضخمة ويحدث عند خطوط العرض المنخفضة.

بما أن الغلاف الجوي يحوي كمية نتروجين أكثر من الأوكسجين، لماذا لا تشيع أضواء الشفق الزرقاء أو البنفسجية الناتجة عن النتروجين؟

تحدث أضواء الشفق عند ارتفاعات عالية يختلف فيها تركيب الهواء عند ارتفاع ١٠٠ كم عما نألفه. ويكون الغلاف الجوي هناك أقل كثافة وتحوله الجاذبية إلى طبقات، وتقع طبقة النتروجين فوق طبقة الأوكسجين.

ما هي أندر ألوان الشفق القطبي؟

من الصعب تحديد أندر الألوان لأنها تمتزج امتزاجاً دائم التغير، ولهذا نرى بعض أندر الألوان أحياناً

ملخص المقال

الشفق القطبي الذي يعرف أيضاً باسم أضواء الشمال أو أضواء الجنوب ظاهرة طبيعية آسرة، تتنوع ألوانها، وتظهر قرب قطبي الأرض.

تختلف الألوان تبعاً للتركيبة الجوية والارتفاع الذي تصطدم عنده الجسيمات الشمسية بالذرات والجزيئات الغازية.
وتتراوح الألوان بين الأخضر والأحمر والأزرق والبنفسجي والوردي والأصفر.

المصدر

هنا