علم پشت الگوهای موجی خیره‌کننده شفق قطبی فاش شد

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

رمزگشایی الگوهای موجی شفق قطبی: علم پشت این نمایش شگفت‌انگیز

شفق‌های قطبی، پرده‌های اثیری نور که در آسمان قطبی می‌رقصند، هزاران سال است که بشریت را مجذوب خود کرده‌اند. در حالی که این نمایش‌های نوری طبیعی به اشکال مختلف ظاهر می‌شوند - از قوس‌های ملایم، پرتوهای پویا گرفته تا لکه‌های پراکنده - مکانیسم‌های علمی دقیق که الگوهای پیچیده آن‌ها را هدایت می‌کنند، به ویژه ساختارهای موج‌مانند خیره‌کننده، موضوع تحقیقات فشرده باقی مانده است. اکنون، یک مطالعه پیشگامانه که در Nature Communications منتشر شده است، جنبه کلیدی این پدیده را روشن کرده و "باتری" حیاتی را که حداقل یک نوع شفق قطبی را تغذیه می‌کند، یعنی قوس شفق، شناسایی کرده است.

قوس‌های شفق سبز، که اغلب به شکوه در پهنه‌های وسیعی از آسمان گسترش می‌یابند، در مکان‌های متعددی مشاهده شده‌اند، از جمله مناطق دورافتاده شمال غربی کانادا. فرآیند اساسی پشت شفق‌های قطبی شامل ذرات باردار، عمدتاً الکترون‌ها و پروتون‌ها، است که از خورشید در باد خورشیدی سرازیر می‌شوند. هنگامی که این ذرات با مگنتوسفر زمین روبرو می‌شوند، به سمت مناطق قطبی هدایت می‌شوند. هنگام برخورد با اتم‌ها و مولکول‌ها در جو بالایی - عمدتاً اکسیژن و نیتروژن - آن‌ها این اجزای جوی را برمی‌انگیزند و باعث می‌شوند نور در طیف خیره‌کننده‌ای از رنگ‌ها ساطع شود، که رنگ سبز رایج‌ترین آن‌هاست.

با این حال، چیدمان خاص این ذرات پرانرژی در الگوهای متمایز، مانند قوس‌های بصری چشمگیر، کمتر روشن بوده است. تحقیقات اخیر به پدیده‌ای به نام "امواج آلفون" (Alfvén waves) به عنوان منبع انرژی حیاتی اشاره دارد. این امواج که به نام فیزیکدان سوئدی هانس آلفون (Hannes Alfvén) نامگذاری شده‌اند، نوعی موج پلاسمای الکترومغناطیسی هستند که در امتداد خطوط میدان مغناطیسی منتشر می‌شوند. در زمینه شفق‌های قطبی، دانشمندان این امواج را به عنوان یک "باتری فضایی" توصیف می‌کنند که نقشی حیاتی در شتاب‌دهی و انرژی‌دهی به الکترون‌هایی دارد که در نهایت نور شفق را تولید می‌کنند.

بر اساس یافته‌های مطالعه، قوس‌های شفق زمانی تشکیل می‌شوند که الکترون‌های پرسرعت، که توسط این امواج آلفون "انرژی گرفته‌اند"، به جو پایین می‌آیند و با اتم‌های جوی برخورد می‌کنند. این برخورد پرانرژی فوتون‌ها، ذرات بنیادی نور را آزاد می‌کند و ساختارهای بلند و نواری مشخصه قوس‌های شفق را ایجاد می‌کند. این کشف توضیحی علمی ملموس‌تر برای تشکیل این اشکال خاص شفق قطبی ارائه می‌دهد و لایه مهمی را به درک ما از فیزیک فضا می‌افزاید.

این پیشرفت نه تنها نتیجه برنامه‌ریزی دقیق بود، بلکه نتیجه هم‌افزایی خوش‌شانس از فرصت‌های مشاهده نیز بود. این مطالعه از اندازه‌گیری‌های همزمان یک قوس شفق که در سال ۲۰۱۵ توسط فضاپیماهای نظامی و ناسا انجام شد، بهره برد. این مشاهدات هماهنگ، دیدگاه‌های مختلف و داده‌های مکملی را در یک دوره زمانی کافی ارائه دادند و به محققان اجازه دادند تا تصویر واضح‌تری از شرایط فضایی که منجر به ایجاد قوس شده بود، بازسازی کنند. ناسا در بیانیه‌ای تأکید کرد که این مشاهدات ترکیبی در افشای دینامیک پلاسما که مسئول تشکیل قوس بود، حیاتی بودند.

این پیشرفت علمی در زمانی رخ می‌دهد که نمایش‌های شفق قطبی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. اگرچه چرخه فعالیت فعلی خورشید احتمالاً به اوج خود رسیده است، اما انتظار می‌رود سال ۲۰۲۶ نیز سالی پر از فعالیت شفق قطبی باشد. فصل مشاهده شفق قطبی در نیمکره شمالی معمولاً تا ماه مارس ادامه دارد و فرصت‌های مداومی را برای ناظران آسمان و دانشمندان فراهم می‌کند تا این پدیده‌های جذاب را مشاهده کنند.

شناسایی امواج آلفون به عنوان یک "باتری فضایی" برای قوس‌های شفق، سهم قابل توجهی در زمینه فیزیک فضا و علوم جوی دارد. این نه تنها درک ما را از تعامل پیچیده بین خورشید و زمین عمیق‌تر می‌کند، بلکه پیامدهایی برای پیش‌بینی آب و هوای فضا و حفاظت از زیرساخت‌های فناوری ما در برابر اثرات فعالیت خورشیدی دارد. همانطور که دانشمندان به رمزگشایی اسرار کیهان ادامه می‌دهند، کشفیاتی مانند این، زیبایی عمیق و عملکرد پیچیده جهان را به ما یادآوری می‌کنند.

خبرگزاری اخباری