الشفق القطبي

(القسم 3.2.4.3)

ينتج النشاط القطبي عن تفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض. وتميل الرياح الشمسية إلى أن تكون أكبر حول الحد الأقصى للنشاط الشمسي الذي يحدث في دورة تدوم ما بين 10 سنوات و12 سنة. وخلال المرحلة المتزايدة من الدورة الشمسية، تشير البقع الشمسية إلى مناطق النشاط المغناطيسي الشمسي المرتبط بالتوهجات الشمسية وقذف الكتل الإكليلية. وخلال الانخفاض من الحد الأقصى للدورة الشمسية، غالباً ما ترتبط زيادة سرعة الرياح الشمسية بالثغرات الإكليلية بما يسمح للجزيئات المشحونة بالخروج على طول خطوط المجال المغناطيسي المفتوحة.

ويرجع الشفق القطبي إلى جزيئات مشحونة كهربائياً من الشمس (الريح الشمسية) تعمل على الغازات المخلخلة في الغلاف الجوي الأعلى. ويتم توجيه الجزيئات، وخاصة الإلكترونات والبروتونات، بواسطة المجال المغناطيسي للأرض للتصادم مع ذرات وجزيئات الغازات في الغلاف الجوي العالي (الغلاف الحراري/الغلاف الخارجي). وتتسبب الاصطدامات في أن تقفز إلكترونات ذرات النيتروجين والأكسجين مؤقتاً إلى حالة طاقة "مستثارة" أعلى. وتنبعث بعض الطاقة، التي تطلق عند العودة إلى مستويات الطاقة الطبيعية، على شكل فوتونات ضوئية ذات أطوال موجية مختلفة. ويُرصد الشفق القطبي في معظم الأحيان على شكل أقواس حول القطبين المغناطيسيين - "الإهليليجات الشفقية".

وقد تؤدي الإفرازات الكبيرة للأكاليل والتوهجات الشمسية إلى تعزيز الرياح الشمسية مؤقتاً فتصل إلى الغلاف المغناطيسي للأرض وقد تولد عاصفة مغنطيسية أرضية. وفي مثل تلك الأحداث، تتوسع الإهليليجات الشفقية مؤقتاً بما يسمح برؤية الشفق من خطوط عرض أدنى. وفي النصف الشمالي من الكرة الأرضية، يُسمى "الشفق القطبي" أو الأضواء الشمالية. وفي النصف الجنوبي من الكرة الأرضية، يُسمى "الشفق الأسترالي" أو الأضواء الجنوبية. وتتولد غالبية الأضواء القكبية على ارتفاعات تراوح بين 90 و150 كم تقريباً ولكن يمكن أن تنشأ عند ارتفاعات أدنى قد تصل إلى 60 كم وعند ارتفاعات عليا تصل إلى 1000 كم أو أكثر.