● باد خورشیدی

دمای ذرات باد خورشیدی در نزدیکی های زمین چیزی حدود ۱۰۰۰۰۰ کلوین است. به این ترتیب ظاهراً زمین در لفافی از ذرات بسیار گداخته، و بسیار رقیق پوشیده شده است.

● ویژگی های باد خورشیدی

باد خورشیدی به طور پیوسته و با سرعت بین ۲۰۰ تا ۹۰۰ کیلومتر در ثانیه در فضای میان سیارات می وزد (رقم بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه را می توان سرعت متوسط بادهای خورشیدی محسوب داشت) و ذراتی که به وسیله باد خورشیدی حمل می شوند حدود ۴ تا ۵ روز وقت لازم دارند تا به زمین برسند. باد خورشیدی شامل تعدادی الکترون و پروتون همراه با مقدار کمی یون های سنگین می باشند. مهم ترین ذرات باد خورشیدی در فاصله خورشید تا زمین را ذرات آلفا (هسته هلیوم) تشکیل می دهند که حدود ۴ تا ۵ درصد مجموع ذرات را به خود اختصاص داده اند. تراکم متوسط این ذرات چیزی حدود در متر مکعب است که این رقم با فاکتوری معادل بیش از صد در تغییر است. (به طور مثال تراکم ذرات مزبور در سطح دریای زمین برابردر مترکعب می باشد.)

مای ذرات باد خورشیدی در نزدیکی های زمین چیزی حدود ۱۰۰۰۰۰ کلوین است. با این ترتیب ظاهراً زمین در لفافی از ذرات بسیار گداخته، و بسیار رقیق پوشیده شدهاست. این وضعیت نشان می دهد که خورشید از جرم خود حدود ۱۰۰۰ میلیون کیلوگرم در ثانیه می کاهد و آن را به پدیده ای به نام باد خورشیدی مبدل می سازد. با این روند مدتی معادلسال وقت لازم است تا تمام جرم خورشید بر باد رود! جالب این جاست که این مدت تقریباً ۱۰۰۰۰ بار طولانی تر از مدت زمان آغاز پیدایش و فعالیت خورشید تا زمان حاضر است.

ذراتی از تاج خورشیدی جدا گردیده و از هر سو در فضای بین سیارات به حرکت در می آیند و پدیده ای را به نام «باد خورشیدی» به وجود می آورند.

● شفق های قطبی

شفق های قطبی یکی از طبیعی ترین و زیباترین پدیده های جو زمین است. پدیده مزبور عبارت از ذرات بارداری هستند که از خورشید به سوی لایه های زیرین جو زمین سرازیر می شوند و روشنی هایی را که کلاً شفق های قطبی نام دارند پدید می آورند.

شفق قطبی یا نورهای قطبی، به بهترین صورت از حدود عرض جغرافیایی دایره ی اقیانوس منجمد شمالی (یا منجمد جنوبی) دیده می شود. نورهای قطبی درست همانند تابش های رنگی در آسمان هستند. نورهای قطبی در اثر الکترون هایی که در طول خطوط نیروی میدان مغناطیسی زمین حلقه می زنند، به وجود می آیند. این حلقه های الکترونی وارد جو زمین می شوند و باعث می گردند که گازهای رقیقی که در ارتفاعات بالای جو قرار دارند، همانند نور لامپ فلورسنت بدرخشند.

این الکترو ن ها عمدتاً از خورشید می رسند و تعداد آنها بستگی به فعالیت خود خورشید دارد. وقتی که سطح خورشید خیلی فعال باشد، ما نورهای قطبی بیشتری را مشاهده می کنیم تا زمانی که خورشید آرام تر است.

نور قطبی می تواند شکل های مختلفی داشته باشد. بعضی وقت ها شبیه به پرده ی آویزان، یا نورهای متحرک و یا پرتوهای نور است. رنگ آن نیز تغییر می کند ولی بیشتر مواقع دارای سایه ی سبز یا صورتی است.

شفق ها مانند پرده هایی عظیم به طول صدها کیلومتر از نورهای رنگی هستند در موارد نادر شفق قطبی ممکن است سراسر آسمان مرئی، از افق تا سمت الراس را بپوشاند. شکل شفق قطبی سخت متاثر از میدان مغناطیسی زمین است، امتداد حرکت ذرات خورشیدی را، در چندین هراز کیلومتر آخر، میدان مغناطیسی زمین هدایت می کند.

● دوره تناوب ظهور شفق های قطبی

مشاهدات چندین ساله آشکار ساخته اند که دوره های مشاهده شفق های قطبی به طور مرتب در ۵/۱۱ سال تکرار می شوند. در طول این مدت، شماره شفق های قطبی نخست ، سال به سال کاهش می یابد و سپس شروع می کند به زیاد شدن تا مقدار آن در ۵/۱۱ سال از نو به ماکزیمم می رسد.

● یک پرسش و یک پاسخ

چرا شفق های قطبی در عرض های بالا، یعنی در نواحی نزدیک به قطب ها مشاهده می شوند؟ در صورتی که می دانیم پرتوهای خورشید تمام سطح زمین را روشن می کنند. پاسخ این پرسش را استرمر (Stermer) ، دانشمند نروژی پیدا کرد. ذرات باردار گسیل شده از خورشید به جو زمین می رسند و به درون میدان مغناطیسی آن نفوذ می کنند. در آنجا نیروی میدان مغناطیسی زمین بر آنها اثر می کند و آنها را از مسیر اولیه خود منحرف می سازد.

استرمر محاسبات ریاضی پیچیده ای انجام داد و مسیر این الکترون ها را در میدان مغناطیسی زمین حساب کرد. او نشان داد که ذرات باردار منحرف شده توسط میدان مغناطیسی زمین، به یقین فقط به نواحی قطبی کره زمین وارد می شوند.

● شفق های قطبی تصاویر آیینه ای نیستند

در کتاب های عمومی نجومی چنین آمده است که شفق های قطبی در اطراف هر دو قطب مغناطیسی زمین، تصاویر قرینه آیینه ای ایجاد می کننند. اما به نظر می رسد که چنین نیست. گروهی ، با استفاده از فضاپیمای Polar and Image متعلق به ناسا برای نخستین بار، بیضی های شفق قطبی را در آسمان نیمکره شمالی و جنوبی همزمان تحت نظر گرفتند. این دو حلقه نور، بسیار مشابه بودند اما دوام یکسانی نداشتند. این گروه، این تفاوت را از یک طرف ناشی از انحراف محور مغناطیسی زمین نسبت به جهت باد خورشیدی و از طرف دیگر ناشی از برآمدگی ها و فرورفتگی های میدان مغناطیسی زمین دانسته اند.

● شفق های قطبی در دیگر سیارات

فضاپیماهای ویجر وجود شفق های مشابهی را در عرض های ۷۸ تا ۸۰ درجه ی شمالی و جنوبی جو مشتری و کیوان نشان می دهند.

اندازه تابناکی شفق های قطبی را بر حسب واحدی به نام ری لی (Rayleigh) اندازه می گیرند. هر «ری لی» برابر است با صد هزار فوتون بر سانتی متر مربع در ثانیه. معمولاً شفق هایی با تابناکی هزار «ری لی» مرئی بوده و پدیده ای همیشگی در شب های آسمان نواحی قطبی به شمار می آید.

بررسی ها نشان داده که شفق های جو مشتری نیرومندتر از شفق های زمینی هستند و درخشش آنها به ۶۰ هزار ری لی می رسد. و هم چنین درخشندگی شفق های کیوان به ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ بالغ می گردد.

● طیف رنگ های موجود در شفق های قطبی

نیتروژن حجم عمده ای از گازهای موجود در جو زمین می باشد. اکسیژن، هیدروژن و هلیوم نیز با درصدهای متفاوتی در جو زمین وجود دارند. علت تغییر رنگ «شفق های قطبی» بستگی به گازی دارد که ذرات باردار «باد خورشیدی» به آنها برخورد می کنند و آن ها را وادار به تابش فوتون می کنند. طبق قوانین فیزیکی برای بر انگیخته شدن یک الکترون در هسته اتم، نیاز به صرف انرژی می باشد. الکترون با گرفتن انرژی برانگیخته می شود و از مداری به مدار بالاتر می رود. در بازگشت از مدار بالاتر به مدار اولیه الکترون انرژی ای را که گرفته بود به صورت انرژی تابش بر می گرداند. که طول موج این نور برای هر اتم مقداری منحصر به فرد است، و یکی از راه های تشخیص اتم ها به دست آوردن طول موج های الکترون های آنها ست وقتی که برانگیخته می شوند. در «شفق های قطبی» نیز قضیه به همین شکل می باشد. ذرات باردار «باد خورشیدی»، عناصر موجود در جو زمین را برانگیخته می کنند و هر کدام از عناصر بنا به ماهیت خود طول موجی از خود تابش می کنند، که دارای رنگ های مختلفی است.