تعرف على ظاهرة الشفق القطبي

هل تأملت يومًا في تلك الألوان الخلابة التي ترسم لوحات فنية في سماء القطبين؟ هذه هي ظاهرة الشفق القطبي، أو الأضواء القطبية، وهي من أروع المشاهد الضوئية الطبيعية على كوكبنا. هذه الظاهرة، التي تُعرف أيضًا باسم “أورورا بورياليس” في القطب الشمالي و “أورورا أستراليس” في القطب الجنوبي، تُعدّ مثالًا حيًا على جمال الطبيعة وتنوّع ألوانها، جنبًا إلى جنب مع ظواهر أخرى مثل قوس قزح، وهجرة الفراشات الملونة في المكسيك، والشعاب المرجانية الزاهية، وحقول الأزهار المترامية الأطراف، وحتى قناديل البحر المضيئة على بعض الشواطئ.

يتميز الشفق القطبي بعرض سماوي ساحر، حيث تتراقص ألوان الطيف المختلفة، من الأخضر والأزرق إلى الوردي والأرجواني، في السماء القطبية، ما يخلق مشهدًا يأسر الألباب. في هذه المقالة، سنتعمق في فهم هذه الظاهرة الفريدة، ونشرح بالتفصيل كيفية تشكّل هذه الأضواء المذهلة، ونستكشف التفسيرات العلمية وراء ظهور هذه الألوان المتنوعة في ظاهرة الشفق القطبي.

ظاهرة الشفق القطبي

الشفق القطبي، المعروف أيضًا باسم الفجر القطبي أو الأضواء القطبية، يُعدّ من الظواهر الطبيعية الساحرة التي تتجلّى في سماء قطبي الكرة الأرضية، حيث ترسم لوحة فنية بديعة تمزج ألوانًا خلابة تُبهِرُ الناظرين. وتحديدًا، تظهر هذه الظاهرة في منطقة جغرافية تُعرف بمنطقة الشفق القطبي، وهي محصورة بين خطي عرض 3 و 6 درجات، وخطي طول 10 و 20 درجة من الأقطاب المغناطيسية للأرض، ما يجعلها مرئية بوضوح خلال الليل نظرًا لحاجتها إلى سماء مظلمة لتتجلى بأبهى صورها.

وتُشاهَد هذه الظاهرة تحديدًا في منطقة تُسمى البيضاوي الشفقي، التي تشهد نشاطًا مغناطيسيًا أرضيًا قويًا يُعرف بالعواصف المغناطيسية الأرضية، والتي تُساهم في تكوين هذه الأضواء الساحرة. وتتخذ منطقة الشفق القطبي شكل نصف قطر يمتد حوالي 2500 كيلومتر حول القطب المغناطيسي للأرض، ما يُحدد نطاق ظهور هذه الظاهرة الطبيعية الفريدة.

وقت حدوث الشفق القطبي

يُعتبر الشفق القطبي، ظاهرة طبيعية ساحرة، من المشاهد الخلابة التي تُزين سماء المناطق القطبية. يبدأ ظهور الشفق القطبي عادةً بعد حوالي نصف ساعة من غروب الشمس بشكل كامل خلف أفق القطب، حيث يحل الظلام الدامس الذي يُساعد على وضوح الألوان. في بعض الحالات النادرة، يُمكن أن يظهر الشفق القطبي قبيل شروق الشمس بدقائق معدودة، كإشارة وداع لليل.

تتميز هذه الظاهرة بتغيرات ديناميكية في شكلها وكثافة ألوانها، حيث تتفاوت الأشعة الضوئية المكونة لها من حيث الشدة واللون من وقت لآخر. في بعض الأحيان، قد تتزامن أشكال مختلفة من الشفق القطبي في الظهور، ما يُضفي على المشهد مزيداً من التعقيد والجمال. عند بداية ظهور الشفق القطبي، تتمركز أشكاله عادةً في منطقة مُحددة من السماء لمدة تقارب نصف ساعة، قبل أن تبدأ بالانتشار التدريجي نحو الأعلى، مُشكلةً لوحات فنية رائعة تُبهر الناظرين.

أشكال الشفق القطبي

الشفق القطبي الشريطي:

يُعتبر الشفق القطبي الشريطي من أروع مظاهر الشفق القطبي، حيث يظهر على هيئة أقواس وشرائط طويلة متوازية تمتد عبر السماء لمسافات شاسعة قد تصل إلى آلاف الكيلومترات، في حين لا يتجاوز عرض هذه الشرائط مئات الأمتار. تبدأ هذه الظاهرة الفلكية بظهور ثنايا ضوئية منفصلة تنبثق في السماء، ثم تبدأ هذه الثنايا بالتطابق والتجمع التدريجي لتشكيل ما يُعرف بالحزم الضوئية. تلعب هذه الحزم الضوئية دوراً حاسماً في إحداث إشعاعات وردية اللون تُضفي على المشهد جمالاً ساحراً.

تستمر هذه الإشعاعات بالظهور والتوهج طوال فترة نشاط الشفق القطبي الشريطي، حتى ينتهي هذا النشاط بتبعثر الشكل وتلاشي الحزم الضوئية، ليتحول المشهد في النهاية إلى شفق غيمي مبعثر، مؤذناً بانتهاء هذه الظاهرة الضوئية الخلابة. تُعدّ هذه العملية الديناميكية من التشكّل والتلاشي جزءاً أساسياً من طبيعة الشفق القطبي الشريطي، حيث تتفاعل الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس مع الغلاف الجوي للأرض لتُنتج هذه الأشكال الضوئية المتغيرة باستمرار.

الشفق الفيمي:

الشفق الفيمي يُعتبر من بين الأشكال المتنوعة لظاهرة الشفق القطبي الساحرة، حيث يتجلى في صورة أضواء مُبهرة تُغطي سماء الليل بألوانها الزاهية، مُشكلةً ما يُشبه لوحة فنية سماوية رائعة. هذه الأضواء تأخذ شكل سُحب وغيوم شفافة، تتماوج بألوانها الخلابة التي تتراقص في السماء، ما يُضفي على المشهد جمالًا استثنائيًا وسحرًا لا يُضاهى.

يُعتبر الشفق الفيمي من الظواهر الطبيعية النادرة التي تُدهش الناظرين وتأسر قلوبهم بجمالها الأخاذ، حيث تُحوّل السماء إلى مسرحٍ لعرضٍ ضوئيٍّ فريدٍ من نوعه، يجمع بين روعة الألوان وتشكيلات الغيوم الشفافة، ليُقدّم تجربة بصرية لا تُنسى.

هذه الظاهرة، التي تُعرف أيضًا باسم الشفق القطبي، تحدث نتيجة تفاعلات معينة بين الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس والغلاف المغناطيسي للأرض، ما يُنتج هذه الأضواء الساحرة التي تُزيّن سماء الليل في المناطق القطبية.

ألوان الشفق القطبي

الأحمر

يظهر في أعلى ارتفاعات هذه الظاهرة السماوية. ينبعث هذا اللون الأحمر نتيجة لتحمس ذرات الأكسجين الذري، حيث تبعث هذه الذرات طولًا موجيًا يبلغ 630.0 نانومتر، وهو طول موجي يقع ضمن نطاق الطيف المرئي للعين البشرية، مما يجعله قابلًا للمشاهدة. ومع ذلك، قد يكون هذا اللون الأحمر خافتًا أو غير مرئي في بعض الأحيان، خاصةً خلال فترات النشاط الشمسي المكثف، وذلك بسبب كثافة هذا النشاط التي تؤثر على الظاهرة.

يتميز اللون الأحمر في الشفق القطبي بانخفاض كثافة ذرات الأكسجين المسؤولة عن انبعاثه، مما يعني قلة عدد هذه الذرات مقارنةً بالألوان الأخرى. كما أنه لا يسبب أي تحسس للعيون نظرًا لطبيعته الفيزيائية. مع مرور الوقت، يتناقص تركيز ذرات الأكسجين تدريجيًا في هذه الطبقة العلوية من الشفق القطبي، مما يؤدي إلى تلاشي اللون الأحمر.

يظهر هذا اللون الأحمر عادةً في الأجزاء العلوية الخافتة من الشفق القطبي، حيث يتراءى للناظر على شكل ستائر ضوئية منسدلة في السماء، تُضفي على المشهد جمالًا ورونقًا خاصًا.

الأخضر

يُعتبر اللون الأخضر من أبرز ألوان الشفق القطبي وأكثرها شيوعًا، حيث ينبعث هذا اللون الأخّاذ من الظاهرة في طبقات الغلاف الجوي على ارتفاعات أقل مُقارنةً باللون الأحمر. ويصدر اللون الأخضر تحديدًا عند طول موجي يبلغ 557.7 نانومتر، وهو ناتج عن التركيز العالي لذرات الأكسجين في تلك الطبقات.

وعلى الرغم من جمال هذا اللون، إلا أنه قد يُسبب حساسية في العيون عند التحديق به مُباشرةً لفترات طويلة نظرًا لطبيعة الضوء المنبعث. يُذكر أن ظاهرة الشفق القطبي، المعروفة أيضًا باسم الأضواء الشمالية أو الأضواء الجنوبية، تحدث نتيجة تفاعل الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس مع المجال المغناطيسي للأرض، مما يُؤدي إلى ظهور ألوان مُختلفة في السماء، يُعدّ اللون الأخضر من بينها الأكثر سطوعًا وظهورًا للعيان.

الأصفر

ويمتزج معه اللون الأحمر والأخضر والأزرق، لتشكل لوحة فنية بديعة. هذا التداخل اللوني، الذي يميز الشفق القطبي، ينتج عن تفاعلات معقدة بين الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس والغلاف الجوي للأرض. تتراقص هذه الألوان في السماء على شكل أضواء متحركة، تشبه الستائر أو الأمواج المتلألئة.

الأزرق

يُعتبر اللون الأزرق في ظاهرة الشفق القطبي من أبرز الألوان وأكثرها شيوعًا، حيث يظهر نتيجة تفاعل جسيمات النيتروجين الجزيئي المتأينة في الغلاف الجوي مع الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس. يتميز النيتروجين الجزيئي المتأين بقدرته على توليد انبعاثات ضوئية مرئية بأطوال موجية متعددة.

إلا أنه يُصدر بشكل خاص كمية أكبر من الإشعاعات في الطيف الأزرق مقارنةً بالألوان الأخرى الناتجة عن عناصر أخرى كالأكسجين مثلًا. هذه الخاصية تجعل اللون الأزرق طاغيًا وواضحًا في عروض الشفق القطبي، حيث يُشع بأكبر عدد من الأطوال الموجية في هذا الطيف، مما يُضفي على هذه الظاهرة الطبيعية جمالًا وسحرًا خاصًا.

أسباب الشفق القطبي

يُفسّر العلماء ظاهرة الشفق القطبي، وهي من الظواهر الطبيعية الساحرة التي تُرى في سماء الليل، علميًا بأنها ناتجة عن انفجارات تحدث في مجموعات البقع الشمسية الموجودة على سطح الشمس. هذه الانفجارات الشمسية تُؤدي إلى قذف كميات هائلة من الغازات المشحونة، تُعرف هذه العملية باسم “الاندفاع الكتلي الإكليلي” أو “الاندفاع الغازي الشمسي”.

ينتج عن هذا الاندفاع إطلاق مليارات الأطنان من الجسيمات المشحونة، كالبروتونات والإلكترونات، في اتجاه الفضاء، بما في ذلك اتجاه الأرض. عندما تصل هذه الجسيمات المشحونة إلى الغلاف المغناطيسي للأرض، تتفاعل معه ومع الغلاف الجوي، مُسببةً ظهور أضواء الشفق القطبي بألوانها الخلابة في مناطق القطبين الشمالي والجنوبي. تُعتبر هذه الظاهرة بمثابة عرض ضوئي طبيعي رائع، يُمكن رؤيته في الليالي الصافية في المناطق القريبة من القطبين، وهي دليل على التفاعل الديناميكي بين الشمس والأرض.