راز گشایی از شفق

شفق های شمالی (Northern Lights) متغیر و درخشان شاید بیش از آنچه به نظر می‌رسد دارای نظم و قاعده باشند. مشاهدات اخیر برخلاف انتظار‌ها نشان می‌دهند که این نور‌های رنگارنگ باید با قرار گرفتن …

شفق های شمالی (Northern Lights) متغیر و درخشان شاید بیش از آنچه به نظر می‌رسد دارای نظم و قاعده باشند. مشاهدات اخیر برخلاف انتظار‌ها نشان می‌دهند که این نور‌های رنگارنگ باید با قرار گرفتن امواج الکترومغناطیسی‌شان در امتدادی مشترک، پلاریزه شده باشند. اگر درستی آن تایید شود این کشف ابزار قدرتمند جدیدی در اختیار دانشمندان قرار خواهد داد تا درک بهتری از میدان مغناطیسی زمین و اتمسفر دیگر سیاره‌ها به دست آورند. شفق های قطبی به این خاطر می‌درخشند که ذرات باردار خورشیدی مثل الکترون‌ها در میدان مغناطیسی زمین به دام می‌افتند.

در واقع میدان مغناطیسی زمین این ذرات را به سوی اتمسفر بالای قطب‌های زمین، جایی که برخورد آنها با ذرات گازی باعث درخشش‌شان می‌شود، سوق می‌دهد. اما دانشمندان دیر زمانی در این شک بودند که این فرآیند می‌تواند باعث پلاریزه شدن شفق های قطبی شود یا نه. دانشمندان بر این باور بوده‌اند که در آن نواحی برخورد‌های اتمسفریک بیش از آن خواهد بود که امواج الکترومغناطیسی بتوانند به طور شسته رفته‌ای در یک امتداد قرار گیرند. در واقع زمانی که رابرت دانکن (R.Duncan)، محقق استرالیایی در سال ۱۹۵۸ اعلام کرد که او پس از چندین شب جست‌وجو سرانجام توانست یک نمونه از پلاریزه شدن در ظهور شبانه را پیدا کند، یافته‌هایش مورد مناقشه قرار گرفت و آن مشاهدات نیز ظرف یک سال به کلی فراموش شد. اما اکنون دانشمندانی که در جزیره نروژی اسپیتزبرگن در اقیانوس منجمد شمالی کار می‌کنند، بار دیگر به شواهد جدیدی از این پدیده دست یافته‌اند. جین لایلنستن (J.Lilensten) از مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه و همکارانش با استفاده از دستگاه «قطبش سنج نوری» سفارشی ساخت‌شان، در خلال ۲ زمستان گذشته به تماشای آسمان در ساعت‌های مختلف شبانه روز نشستند.

آنها دریافتند که در ارتفاع ۲۲۰ کیلومتری از سطح زمین، الکترون‌های رسیده از فضا اتم‌های اکسیژن را تحریک می‌کنند تا نور قرمز پلاریزه شده از خودشان ساطع کنند. البته درجه پلاریزه شدن بسیار کوچک و در حدود ۵ درصد نور شفق قطبی است. اما لایلنسن معتقد است که این مقدار اندک نیز اهمیت فراوانی دارد و با توجه به اینکه میزان پلاریزه شدن نور خورشید نیز در حدود یک درصد است، می‌تواند به روشن شدن اصول فیزیکی این فرآیند کمک کند. به گفته لایلنسن «همین ۵ درصد پلاریزه شدن، در زبان ژئوفیزیکی خیلی هم زیاد است.» گروه تحقیقاتی لایلنسن بر این باورند که این پلاریزه شدن به واسطه جریانی از الکترون‌های خورشیدی موسوم به «باران قطبی»، رخ می‌دهد.

شفق‌های قطبی رایج، زمانی در مناطق دونات شکل به دور قطب‌های زمین تشکیل می‌شوند که این الکترون‌های باران قطبی نسبتا انرژی پایین، با حرکت در امتداد دالانی که به هنگام اتصال میدان مغناطیسی خورشید با میدان مغناطیسی زمین باز می‌شود، مستقیما از فضا بر فراز قطب‌ها فرو می‌ریزند. به گفته لایلنستن «انرژی این باران قطبی کاملا ثابت است که این مسئله به کسر بزرگ‌تری از نور پلاریزه شده منجر خواهد شد.» این مشاهدات می‌تواند ابزار گرانبهایی برای بررسی خطوط میدان مغناطیسی زمین را فراهم کند که توسط هیچ تجهیزات دیگری قابل رویت نیستند. علاوه بر این، تحقیقات اخیر می‌تواند در روشن شدن شرایط جوی زمین و برخی سیارات دیگر مثل مریخ و ناهید که ثابت شده در اتمسفر آنها نیز اکسیژن وجود دارد، بسیار مفید باشد. به گفته یونگ لیانگ ژانگ (Y.Zhang)، از دانشگاه جان هاپکینز «تحقیقات اخیر بسیار جالب است اما پرسش‌هایی نیز در این باره وجود دارد. در واقع این امکان وجود دارد که پلاریزه شدن تنها در فعالیت‌های قطبی بسیار کم انرژی توسط چشمان غیر مسلح قابل رویت باشد.

به هر حال زمانی که فعالیت‌های قطبی شدت می‌یابد، این انتظار وجود خواهد داشت که فعالیت پلاریزه شدن نیز به طور طبیعی افزایش یابد.» لایلنتسن در این باره می‌گوید که گروه تحت هدایت او با استفاده از مدل‌های کامپیوتری و بررسی طیف نور، منابع احتمالی دیگر برای این پلاریزه شدن مثل بازتاب‌های زمین یا آلودگی نور را غیر محتمل دانسته‌اند. اما او خاطر نشان می‌کند که تنها یک منبع خطای احتمالی باقی می‌ماند؛ ذرات بسیار کوچک و انعکاسی یخ موجود در اتمسفر می‌توانند چنین سیگنالی از پلاریزه شدن را تولید کنند. این محققان امیدوارند با انجام مشاهدات در ارتفاعی حدود ۱۵ کیلومتر بالاتر به کمک بالن‌های استراتوسفری، عدم دخالت ذرات یخ در پلاریزه شدن را ثابت کنند. شفق‌های قطبی در سیاره مشتری نیز به درست همان دلایلی اتفاق می‌افتد که در زمین روی می‌دهد. گازها در طبقات فوقانی اتمسفر به وسیله ذرات باردار سرازیر شده به قطب‌های مغناطیسی شمالی و جنوبی سیاره، بر انگیخته می‌شوند.

کیوان فیض‌اللهی