شفق قطبی، هاله ای در آسمان

شفق قطبی (Aurora)، یکی از پدیده های زیبا و البته کمی ترسناک است که در نواحی قطبی اتفاق می افتد. در پدیده شفق قطبی، نور های رنگی و خیره کننده ای در  آسمان پدید می آید که منظره دیدنی را ایجاد می کند.

همانند دیگر پدیده ها، در مورد شفق قطبی هم در قدیم افسانه هایی وجود داشت.

گروهی از مردم معتقد بودند که روح انسان های خوب، به آسمان می رود، جایی که شفق قطبی است. در آنجا همیشه جشن و خوشحالی است و این نور ها، نور های جشن است! گروهی دیگر اعتقاد داشتند که ارواح با هم در آسمان توپ بازی می کنند و این نور ها، نتیجه دعوای آن هاست! و عده ای از مردم کانادا هم به آن رقص ارواح می گفتند. گروهی از سرخپوستان هم شفق قطبی را نشانه جنگ می دانستند و در موقع دیدن این نور ها، با خود چاقو حمل می کردند.

از این افسانه ها که بگذریم، دلیل واقعی این پدیده چیست؟

دانشمندی به نام کریستین بیرکلند، آزمایشی انجام داد. او یک گوی مغناطیسی را که نماد زمین است، در یک جعبه شیشه ای خلا آویزان کرد. سپس با یک تفنگ الکترونی، به آن الکترون پرتاب کرد. در این آزمایش، در دو قطب گوی، او دو حلقه نورانی را مشاهده کرد [۱].

 

باد های خورشیدی

خورشید از ذرات یونی (پلاسما) که بسیار پر انرژی هستند تشکیل شده. این ذرات، در طی فعالیت هایی که با باد های خورشیدی معروفند، در فضا پخش می شوند. باد های خورشیدی از ذرات بار دار مانند پروتون و نوترون تشکیل شده اند و در بین این ها ذرات آلفا (هسته هلیوم مثبت) هم دیده می شود. این باد ها گاهی به شدت قوی هستند که می توانند باعث تداخل در برق و سیستم های ارتباطی شوند.

 

دلیل پدیده

در الکترومغناطیس قانونی به نام قانون دست راست وجود دارد. شکل کلی قانون به این صورت است: $\vec F = q \vec V \times \vec B$

q در این فرمول، بار ذره است و v بردار سرعت ذره و B بردار میدان مغناطیسی است. در آخر، F نیرویی است که به ذره وارد می شود.

وقتی یک ذره باردار وارد یک میدان مغناطیسی می شود، نیرویی به آن وارد می شود که جهت آن بر اساس قانون دست راست مشخص است. اگر جهت حرکت ذره (بردار سرعت) عمود بر میدان مغناطیسی باشد، به دلیل اینکه نیرو به سمت داخل است، به دور خطوط میدان مغناطیسی می چرخد (مانند سنگی که با نخ بسته شده و آن را می چرخانیم). اما اگر حرکت ذره دارای مولفه موازی با میدان مغناطیسی باشد، این مولفه باعث جلو رفتن ذره می شود. در این صورت، ذره مسیر مارپیچی را طی می کند.

الکترون ها و پروتون هایی که توسط خورشید در فضا پراکنده می شوند، وقتی به زمین می رسند، توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می افتند و با حرکتی مارپیچی به سمت قطب ها می روند. ذرات به دام افتاده کمربند های تابشی وان آلن را تشکیل می دهند (عبور از این کمربند برای فضاپیما‌های حاوی سرنشین بسیار خطرناک است!).

در قطب ها، میدان مغناطیسی زمین وارد جو آن می شود. درون جو، ذرات باردار با مولکول های هوا برخورد می کنند و باعث برانگیخته شدن آن ها و تابش نور می شوند. این نور ها شفق قطبی را می سازند.[۲]

اتم های هیدروژن از خود نور صورتی و اتم های اکسیژن از خود نور سبز منتشر می کنند.

 

 

منابع:

[۱]: https://en.wikipedia.org/wiki/Kristian_Birkeland

[۲]: دیوید هالیدی، مبانی فیزیک، انتشارات نوپردازان، ۱۳۸۸، جلد دوم، فصل میدان های مغناطیسی

 

محمد کاظمی

نویسنده: محمد کاظمی

۱۶ ساله، دانش‌آموز دبیرستان علامه حلی. علاقه‌مندی‌هایی که دارم هم فیزیک، الکترونیک، برنامه‌نویسی، ریاضی و ... (و البته خیلی چیز‌های دیگه که جا نمیشه!)

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *