ما الشفق القطبي وما علاقته بالاعتدال الخريفي؟

حلّ الاعتدال الخريفي، ولم تبدأ أوراق الأشجار النابضة بالحياة تسقط فقط، بل عادت أضواء الشمال إلى السماء أيضاً. سيبدأ الشفق القطبي الشمالي، والمعروف أيضاً باسم أضواء الشمال، بالسطوع في سماء المناطق ذات خطوط العرض المرتفعة. ولكن لماذا يحدث ذلك؟ سيجيب كل من موقع بوبيولار ساينس (العلوم للعموم) وروبرت ماكفيرون (Robert McPherron)، أستاذ علوم الفضاء في جامعة كاليفورنيا في مدينة لوس أنجلوس على الأسئلة المتعلقة بالشفق القطبي.

ما هو الاعتدال الخريفي؟

يمثل الاعتدال الخريفي بالنسبة لسكان النصف الشمالي من الكرة الأرضية بداية فصل الخريف. وعند حلوله، تكون مدة النهار والليل متساويتين تقريباً. تأتي كلمة "equinox" (أي اعتدال) من كلمتين لاتينيتين تعنيان "متساوي" و"ليل". حل الاعتدال الخريفي لعام 2022 في النصف الشمالي للكرة الأرضية في 22 سبتمبر/ أيلول الساعة 9:04 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة. عندها، وعلى عكس فترتي الانقلاب الشمسي، لا تكون الأرض منحرفة تجاه الشمس أو بعيداً عنها. وعندما تضرب أشعة الشمس خط الاستواء، يتوزّع الضوء بالتساوي بين نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي.

ما هو الشفق القطبي وكيف يتشكّل؟

بينما يضيء الشفق القطبي سماء الليل بألوانه الخضراء والزهرية اللامعة، يحدث الكثير وراء الكواليس. ينتج كل من الشفق القطبي الشمالي والشفق القطبي الجنوبي، واللذان يتشكّلان في القطبين الشمالي والجنوبي على الترتيب، من الرياح الشمسية والعواصف الشمسية المستمرة. وعلى وجه التحديد، فهما ينتجان عن الانبعاثات الكتلية الإكليلية، وهي دفقات هائلة الحجم من البلازما. نتيجة للرياح الشمسية والانبعاث الإكليلية، تقذف الشمس الإلكترونات تجاه الحقل المغناطيسي للأرض. تتفاعل هذه الجسيمات المشحونة مع الحقل المغناطيسي ويتم إطلاقها إلى الغلاف الجوي للأرض، متّبعةً مسار الحقل المغناطيسي الأرضي تجاه القطبين. مع اصطدام الإلكترونات بالجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي، فهي تصدر الضوء.

يشبّه ماكفيرون هذه العملية بإيقاف تشغيل أجهزة التلفاز القديمة؛ إذ يقول: "عند تشغيل هذه الأجهزة، يمكنك أن تسمع صوتاً ذا درجة عالية يشير لوجود تردد مرتفع للغاية" ينتج عن شعاع من الإلكترونات. ويضيف: "عندما تقوم بإيقاف تشغيل التلفاز، سترى بقعة في مركز الشاشة". تتشكّل هذه البقعة المضيئة الموجودة على الشاشة المتألقة عندما يضرب شعاع الإلكترونات الشاشة من الداخل. يقول ماكفيرون: "وهذا ما يحدث عند تشكّل الشفق القطبي تماماً"، ويضيف: "ينتج الشفق القطبي عن الإلكترونات التي تتحرك على خطوط الحقل المغناطيسي، وتمثّل الشاشة في هذا التشبيه الغلاف الجوي للأرض".

ما منشأ الألوان في الشفق القطبي؟

مع دخول الإلكترونات إلى الغلاف الجوي للأرض، فهي تتسبب بإثارة الغازات الموجودة فيه، وتحديداً الأوكسجين والنيتروجين. تكتسب جزيئات الأوكسجين والنيتروجين كمية من الطاقة تتجاوز طاقتها الاعتيادية، ما يجعلها تصدر الضوء (الفوتونات) لتخفّض طاقتها إلى مستواها الأساسي. تصدر جزيئات الأوكسجين الضوء الأخضر والأحمر، بينما تصدر جزيئات النيتروجين الضوء الأزرق.

لماذا يتشكل الشفق القطبي بنسبة أكبر خلال الاعتدال؟

إجابة هذا السؤال أكثر تعقيداً، وهي تتعلق بظاهرتين. الأولى هي التأثير الاعتدالي، والثانية هي تأثير راسل-ماكفيرون. ينتج التأثير الاعتدالي عن حقيقة أن زاوية التقاء الرياح الشمسية بقطبي الأرض قائمة. بينما ينتج الثاني عن التوازي المضاد (أي التوازي وتعاكس الاتجاه) للرياح الشمسية والحقل المغناطيسي للأرض. يفسّر هذان التأثيران معاً زيادة النشاط الشفقي خلال الخريف، ويبيّنان أن الأسابيع قبيل وبعد الاعتدال الخريفي هي أفضل الأوقات لمشاهدة الشفق القطبي.

يقول ماكفيرون إنه بتعبير آخر، انحراف محور الأرض "يعزز شدة الحقل المغناطيسي للرياح الشمسية" والذي يتفاعل مع الغلاف الجوي للأرض.

كيف يمكننا رؤية الشفق القطبي؟

أولاً، على الأرجح أنك ستضطر للسفر تجاه شمال الكرة الأرضية. وذلك إن لم تكن موجوداً في مدينة فلين فلون الكندية؛ إذ يقول ماكفيرون إن هذه المدينة هي المكان الأمثل لمشاهدة الشفق القطبي. أفضل مكان لمشاهدة الشفق القطبي هو المنطقة الشفقية والتي يقع مركزها شمال خط الاستواء بنحو 67 درجة. ولكن تم التبليغ عن أنها تمتد جنوباً حتى جزر هاواي خلال فترة التوهجات الشمسية الكبيرة في القرن التاسع عشر.

في الولايات المتحدة، أفضل الولايات التي يمكن مشاهدة الشفق القطبي فيها هي ألاسكا ومين ومينيسوتا وغيرها. وفقاً لماكفيرون. فعلى الرغم من أن النشاط الشمسي الذي يتسبب بتشكّل الشفق القطبي يستمر طوال يوم، فإن الوقت الأفضل لرؤية الشفق بالعين المجردة هو خلال الليل. يضيف ماكفيرون قائلاً إن النشاط الشفقي يكون أكثر تواتراً قبيل الساعة الحادية عشر مساءً، ولكن يمكن أن يظهر الشفق من الغسق حتى الفجر.

إذا تمكّنت من رؤية الشفق القطبي، فستكون مذهولاً. راقب السماء عندما يبدأ ضوء الشمس بالظهور. تستمر فترة الذروة ما بين 15 و20 دقيقة. يقول ماكفيرون: "سترى عندها دفقات الشفق الرائعة تجاه القطب الشمالي".