.jpg)
به نام يكتا خالق هستي

اصطلاحات شفق قطبي و لكههاي خورشيدي دو مورد از عنوانهايي است كه در دو كتاب جغرافياي ايران و جغرافياي (2) كه در كلاسهاي دوم و سوم دبيرستان تدريس ميشود مطرح شده است و هر كدام از اين اصطلاحات نقش خاصي در جهان هستي ايفاء ميكنند. لذا جهت آشنايي بيشتر با طريق شكلگيري و ويژگيهاي آنها دست به جمعآوري مطالبي زده شد كه در صفحات بعدي اين جزوه با آنها روبرو ميشويد. باشد كه قدمي در بالا بودن اطلاعات دبيران محترم جغرافيا و همچنين دانشآموزان عزيز برداشته باشيم.
فاطمه سليمي
دبير جغرافي
مقدمه
در عرضهاي بالاي زمين، آسمان شب، بصورت درخشاني به شكل متحرك روشن ميشود كه «شفق قطبي[1]» ناميده ميشود.
آنها شفاف هستند و ميتوان ستارهها را از داخل آنها مشاهده كرد. اغلب نور آنها به قدري ميدرخشد كه ميتوان نوشتجات را خواند و رنگ آنها هميشه سبز مايل به زرد نيست. شفق قطبي شمالي و شفق قطبي جنوبي را ميتوان در هر شب روشن مشاهده كرد و شدت نور آنها متغير بوده و تابع تعدادي پارامتر است. راه شيري توسط يك شفق قطبي روشن ديده نميشود.
همچنين آشكار است كه شفق قطبي به هنگام روز بوجود ميآيد، بطوريكه نور اك همواره در اتمسفر عرضهاي بالا انتشار مييابد. وجود شفق قطبي چندين قرن است كه مورد شناسايي قرار گرفته است. در اوايل تصور ميَد كه شفق قطبي ناشي از بازتاب نور خورشيد توسط يخهاي قطبي است. نظريه ديگري عبارت از روشنشدن آسمان توسط خدايان بوده است. امروزه نظريه ذرات باردار شتابدار مسئول اين پديده شناخته شدهاند. (roshd.ir)
شفق قطبي چگونه تشكيل ميشود؟
شفق قطبي يكي از طبيعيترين و زيباترين پديدههاي جوي زمين است. پديده مزبور عبارت از ذرات بارداري هستند كه از خورشيد به سوي لايههاي زيرين جو زمين سرازير ميشوند و روشنيهايي كه را كلاً شفقهاي قطبي نام دارند پديد ميآورند. (aftab.ir)
نيروهاي لورنتس كه موجب انحراف مسير الكترونها در ميدانهاي مغناطيسي[2] ميشود، در بسياري از پديدههاي طبيعي تجلي مييابند و فقط با ياري گرفتن از اين نيروها توضيح آنها ممكن است. (roshd.ir)
شفق قطبي يا نورهاي قطبي، به بهترين صورت از حدود عرض جغرافيايي دايرهي اقيانوس منجمد شمالي (يا منجمد جنوبي) ديده ميشود. نورهاي قطبي درست همانند تابشهاي رنگي در آسمان هستند. نورهاي قطبي در اثر الكترونهايي كه در طول خطوط مغناطيسي زمين حلقه ميزنند، به وجود ميآيند. (oftab.ir)
اين حلقههاي الكتروني وارد جو زمين ميشوند و باعث ميگردند كه گازهاي رقيقي كه در ارتفاعات بالاي جو قرار دارند، همانند نور لامپ فلورسنت بدرخشند. اين الكترونها عمدتاً از خورشيد ميرسند و تعداد آنها بستگي به فعاليت خود خورشيد دارد. وقتي كه سطح خورشيد خيلي فعال باشد، ما نورهاي قطبي بيشتري را مشاهده ميكنيم تا زماني كه خورشيد آرامتر است.
نور قطبي، ميتواند شكلهاي مختلفي داشته باشد. بعضيوقتها شبيه به پردهي آويزان، با نورهاي متحرك و پرتوهاي نور است. رنگ آن نيز تغيير ميكند ولي بيشتر مواقع داراي سايهي سبز يا صورتي است.
شفقها مانند پردههايي عظيم به طول صدها كيلومتر از نورهاي رنگي هستند. در موارد نادر شفق قطبي ممكن است سراسر آسمان مرئي، از افق تا سمتالرأس را بپوشاند.
شكل شفق قطبي سخت متأثر از ميدان مغناطيسي زمين است. امتداد حركت ذرات خورشيدي را، در چندين هزار كيلومتر آخر، ميدان مغناطيسي زمين هدايت ميكند. (oftab.ir)
يك پرسش؟ يك پاسخ!
چرا شفقهاي قطبي در عرضهاي بالا، يعني در نواحي نزديك به قطبها مشاهده ميشوند؟ در صورتي كه ميدانيم پرتوهاي خورشيد تمام سطح زمين را روشن ميكنند.
اين پرسش را استرمر (stermer)، دانشمند نروژي پيدا كرد.
ذرات باردار گسيلشده از خورشيد به جو زمين ميرسند و به درون ميدان مغناطيسي آن نفوذ ميكنند. در آنجا نيروي مغناطيسي زمين بر آنها اثر ميكند و آنها را از مسير اوليه خود منحرف ميسازد.
استرمر محاسبات رياضي پيچيدهاي انجام داد و مسير اين الكترونها در ميدان مغناطيسي زمين حساب كرد. او نشان داد كه ذرات باردار منحرف شده توسط ميدان مغناطيسي زمين، به يقين فقط به نواحي قطبي كره زمين وارد ميشوند. (roshd.ir)
حلقه شفق قطبي
دورهي تناوب ظهور شفقهاي قطبي مشاهدات چندين ساله آشكار ساختهاند كه دورههاي مشاهده شفقهاي قطبي به طور مرتب در 5/11 سال تكرار ميشوند. در طول اين مدت، شماره شفقهاي قطبي نخست، سال به سال كاهش مييابد و سپس شروع ميكند به زيادشدن تا مقدار آن در 5/11 سال از نو به ماكزيمم ميرسد. (wikipedia.ir)
ارتفاع شفقهاي قطبي
قبل از همه، دانشمندان موفق شدند ارتفاعي را از شفقهاي قطبي ظاهر ميشود تعيين كنند. به اين منظور از يك تاباني از دو نقطه به فاصله چند ده كيلومتر از يكديگر عكس گرفتند. به كمك چنين عكسهايي ثابت كردند كه شفقهاي قطبي در ارتفاع 80 تا 100 كيلومتري بالاي زمين (بيشتر اوقات در ارتفاع 100 كيلومتري) ظاهر ميشوند. به اين ترتيب دريافتند كه شفقهاي قطبي تاباني گازهاي رقيق موجود در جو زمين هستند، كه تا اندازهاي به تاباني در لامپهاي تخليه گاز شبيه ميباشند. (roshd.ir)
شفقهاي قطبي تصاوير آيينهاي نيستند.
در كتابهاي عمومي نجومي چنين آمده است كه شفقهاي قطبي در اطراف هر دو قطب مغناطيسي زمين، تصاوير قرينه آيينهاي ايجاد ميكنند. اما به نظر ميرسد كه چنين نيست. گروهي با استفاده از فضاپيماهاي Polar & Image متعلق به ناسا براي نخستينبار، بيضيهاي شفق قطبي را در آسمان نيمكره شمالي و جنوبي همزمان تحت نظر گرفتند. اين دو حلقه نور، بسيار مشابه بودند اما دوام يكساني نداشتند. اين گروه، اين تفاوت را از يك طرف ناشي از انحراف محور مغناطيسي زمين نسبت به جهت باد خورشيدي[3] و از طرف ديگر ناشي از برآمدگيها و فرورفتگيهاي ميدان مغناطيسي زمين دانستهاند. (oftab.ir)
شفقهاي قطبي در ديگر سيارات
فضاپيماهاي ويجر وجود شفقهاي مشابهي را در عرضهاي 78 تا 80 درجهي شمالي و جنوبي جو مشتري و كيوان نشان ميدهند.
اندازه تابناكي شفقهاي قطبي را بر حسب واحدي به نام ري لي (Rayleigh) اندازه ميگيرند. هر «ري لي» برابر است با صد هزار فوتون بر سانتيمتر مربع در ثانيه. معمولاً شفقهايي با تابناكي هزار «ري لي» مرئي بوده و پديدهاي هميشگي در شبهاي آسمان نواحي قطبي به شمار ميآيد.
بررسيها نشان داده كه شفقهاي جو مشتري نيرومندتر از شفقهاي زميني هستند و درخشش آنها به 60 هزار «ري لي»، ميرسد و همچنين درخشندگي شفقهاي كيوان به 2000 تا 5000 بالغ ميگردد. (roshd.ir)
شهاب سنگ پرسايد و شفق قطبي
طيف رنگهاي موجود در شفق قطبي نيتروژن حجم عمدهاي از گازهاي موجود در جو زمين ميباشد. اكسيژن، هيدروژن و هليوم نيز با درصدهاي متفاوتي در جو زمين وجود دارند. علت تغييررنگ «شفقهاي قطبي» بستگي به گازي دارد كه ذرات باردار «باد خورشيدي» به آنها برخورد ميكنند و آنها را وادار به تابش فوتون ميكنند. طبق قوانين فيزيكي براي برانگيختهشدن يك الكترون در هسته اتم، نياز به مصرف انرژي ميباشد.
الكترون با گرفتن انرژي برانگيخته ميشود و از مداري به مدار بالاتر ميرود. در بازگشت از مدار بالاتر به مدار اوليه الكترون انرژي را گرفته بود به صورت انرژي تابش برميگرداند. كه طول موج اين نور براي هر اتم مقداري منحصر به فرد است و يكي از راههاي تشخيص اتمها به دستآوردن طول موجهاي الكترونهاي آنهاست وقتي كه برانگيخته ميشوند. در «شفقهاي قطبي» نيز قضيه به همين شكل ميباشد. ذرات باردار «باد خورشيدي» عناصر موجود در جو زمين را برانگيخته ميكنند و هر كدام از عناصر بنا به ماهيت خود طول موجي از خود تابش ميكنند كه داراي رنگهاي مختلف است. (wikipedia.org)
ساير پديدههاي زيباي جوي
مشاهده سطح خورشيد، از خيلي پيش، وجود لكههاي تار و نامنظمي را روي قرص آن آشكار ساختهاند كه اغلب شكل و جايشان عوض ميشود، معلوم شده است كه تعداد و مساحت كل اين لكهها از سالي به سال ديگر، نه به طور كاتورهاي بلكه با همان دوره 5/11 سال، تغيير ميكنند. در اين فرآيند ماكزيمم لكههاي خورشيدي، يا فعاليتهاي خورشيدي ماكزيمم، همزمان با شفق قطبي ماكزيمم عارض ميشوند و نابودي آنها نيز با هم هماهنگ ميباشد.
تعداد توفانهاي مغناطيسي به ماكزيمم خود ميرسد. در سالهاي اخير رابطه مشابهي بين فعاليت خورشيدي، تعداد لكههاي خورشيدي و شرايط انتشار امواج راديويي در لايههاي بالاي جو اثبات شده است. بنابراين مساله علاوه بر معناي نظري محض، اهميت عملي نيز پيدا كرده است. (roshd.ir)
فرضيه بيركلند در مورد لكههاي خورشيدي Sun Pot
بيركلند (B.Birkeland)
دانشمند نروژي با مقايسه نتايج اخير اين فرضيه را مطرح كرد كه لكههاي خورشيدي ناحيههايي هستند كه آنها باريكههاي ذرات باردار (الكترونها) به داخل فضاي اطراف گسيل ميشوند. اين ذرات با رسيدن به لايههاي بالاي جو زمين، از طريق برخوردهاي الكترون در اين لايهها، مشابه تخليه گاز در لوله، گازها را به تاباني وا ميدارند.
اين الكترونها همچنين روي ميدان مغناطيسي زمين و شرايط انفجار امواج راديويي مجاور زمين اثر ميگذارند.
اگر نظريه بيركلند درست باشد، چرا شفقهاي قطبي در عرضهاي بالا، يعني در نواحي نزديك قطبها مشاهده ميشوند؟ كه ميدانيم پرتوهاي خورشيد تمام سطح زمين را روشن ميكنند؟
پاسخ اين پرسش در صفحات قبل از زبان دانشمند نروژي ديگر به نام استرمر (stermer) داده شد. به اين ترتيب كه ذرات باردار گسيلشده از خورشيد به جو زمين ميرسند و به درون ميدان مغناطيسي آن نفوذ ميكنند. در آنجا نيروي لونتس بر آنها اثر ميكند و آنها را از مسير اوليه خود منحرف ميسازد.
اين نظريه كه در انحراف ذرات باردار در ميدان مغناطيسي زمين نيروي لورنتس را به حساب ميآورد، با شمار زيادي از نتايج آزمايشگاهي به خوبي همخواني دارد و در حال حاضر پذيرش همگاني يافته است. هرچند به تازگي براي توضيح كمي تمامي اين ديدگاه دشواريهايي بروز كرده است. (aftab.ir)
باد خورشيدي Sun Wind
دانشمندان قرن نوزدهم، خورشيد را سرچشمه جويباري از ذرات ابرگونهاي كه در فضاي بين سيارات روان است، تصور ميكردند و ميگفتند كه پديدههايي مانند «شفقهاي قطبي» از برخورد اين ذرات با جو زمين پديد ميآيند.
نتايج حاصل از بررسي «گيسوي ستارگان دنبالهدار» بر نظريه «گسيل ذرات خورشيدي» نيرو بخشيد و در سال 1985 «اي،ان،پاركر» ثابت نمود كه ذراتي از تاج خورشيدي جدا گرديده و از هر سو در فضاي بين سيارات به حركت در ميآيند و پديدهاي را به نام «باد خورشيدي» به وجود ميآورند. به گمان باركر دماي فوقالعاده زياد تاجهاي خورشيدي، موجب به وجود آمدن فشار زياد شده و به جريان به سمت بيرون مواد خورشيدي ميانجامد.
از آنجايي كه هيچ مانع خارجي در سر راه اين مواد وجود ندارد، لذا از سرعت جريان آنها كم نميشود و مانند گلولهاي كه در سراشيبي است، همچنان به راه خود ادامه ميدهند. منشاء اين پديده، تاج خورشيدي است كه بنابر خصوصيات خود همواره در حال انبساط و پراكندهكردن بوده و براي جايگزيني مواد از دست رفته، از لايههاي زيرزمين خويش تغذيه ميكند. اما اين كه مكانيسم تغذيه دقيقاً چگونه عمل ميكند، هنوز به درستي روشن نيست.
نتايج به دست آمده، از كاوشهاي فضايي، چون روسيه و آمريكا (به ويژه ماريترخ) مداومت باد خورشيدي را ثابت ميسازد و با آغاز عصر فضا، تحقيق در زمينه آشنايي با اين مكانيسم با جديت هر چه تمامتر دنبال ميگردد و هر روز بر آگاهي ما در مورد شناخت پديدهي «باد خورشيدي» افزوده ميشود.
دماي ذرات باد خورشيدي در نزديكيهاي زمين چيزي حدود 100.000 كلوين[4] است. به اين ترتيب ظاهراً زمين در لفافي از ذرات بسيار گداخته، و بسيار رقيق پوشيده شده است. (wikipedia.ir)
ويژگيهاي باد خورشيدي
باد خورشيدي به طور پيوسته و با سرعت بين 200 تا 900 كيلومتر در ثانيه در فضاي ميان سيارات ميوزد (رقم بين 400 تا 500 كيلومتر در ثانيه را ميتوان سرعت متوسط بادهاي خورشيدي محسوب كرد).
ذراتي كه بوسيله باد خورشيدي حمل ميشوند حدود 4 تا 5 روز وقت لازم دارند تا به زمين برسند. باد خورشيدي شامل تعداد الكترون و پرتون همراه با مقدار كمي يونهاي سنگين ميباشند.
مهمترين ذرات باد خورشيدي در فاصله خورشيد تا زمين را ذرات آلفا (هسته هليوم) تشكيل ميدهند كه حدود 4 تا 5 درصد مجموع ذرات را به خود اختصاص دادهاند. تراكم متوسط اين ذرات چيزي حدود 106 * 5/2 در متر مكعب است كه اين رقم با فاكتوري معادل بيش از حد در تغيير است.
(به طور مثال تراكم ذرات در سطح درياي زمين برابر 1025 * 5/2 در مترمكعب ميباشد).
دماي ذرات باد خورشيدي در نزديكيهاي زمين چيزي حدود 100.000 كلوين است.
به اين ترتيب ظاهراً زمين در لفافي از ذرات بسيار گداخته، و بسيار رقيق پوشيده شده است. اين وضعيت نشان ميدهد كه خورشيد از جرم خود حدود 1000 ميليون كيلوگرم در ثانيه ميكاهد و آن را به پديدهاي به نام باد خورشيدي مبدل ميسازد. به اين روند مدتي معادل 1013 * 5 سال وقت لازم است تا تمام جرم خورشيد بر باد رود.
جالب اين جاست كه اين مدت تقريباً 10.000 بار طولاني تر از مدت زمان آغاز پيدايش و فعاليت خورشيد تا زمان حاضر است. (roshd.ir)

خلاصه
شفق قطبي در منطقه قطبين پديد ميآيد. عامل مهم در ايجاد آن انحراف مسير الكترونها در ميدانهاي مغناطيسي ميباشد و تحت تأثير نور رسيده از خورشيد به سطح زمين ميباشد.
- دوره مشاهده شفق قطبي در 5/11 سال تكرار ميشود.
- شفق قطبي، معمولاً در ارتفاع 100 كيلومتري بالاي زمين مشاهده ميشود.
- اندازه تابناكي شفقهاي قطبي را برحسب واحد «ري لي» اندازه ميگيرند.
- لكههاي خورشيدي؛ ناحيههايي هستند كه باريكههاي ذرات باردار (الكترونها) را به داخل فضاي اطراف گسيل ميدارند.
- باد خورشيدي؛ ذراتي است كه از تاج خورشيد جدا گرديده و در فضاي بين سيارات به حركت در ميآيند.
[1] Pole Ray
[2] مغناطيس زمين Magnetic terrestre
كرهي زمين مانند يك آهنرباي عظيم عمل ميكند. همچنان كه زمين در فضا ميچرخد، جريانهاي چرخندهاي در هستهي مذاب آن ايجاد ميشود. اين حركات ميدان مغناطيسي قدرتمندي را به وجود ميآورد. قطبهاي مغناطيسي زمين، بر خلاف قطبهاي جغرافيايي شمال و جنوب كه دو انتهاي محور چرخشي زمين محسوب ميشوند و هميشه ثابت است، به طور نامحسوسي جابجا ميشوند و هيچگاه قطبهاي مغناطيسي بر قطبهاي جغرافيايي منطبق نميشوند.
· فرهنگ و اصطلاحات جغرافيايي: ترجمه و تأليف اسماعيل عاشوري
· اطلس جامع گيتيشناسي
[3] Sun Wind
[4] تقسيمشده به 100 درجه سانتيگراد Kelvin