چه چیزی باعث ایجاد شفق شمالی و جنوبی می شود؟

شفق های قطبی که در نیمکره شمالی به «شفق قطبی» (یا «چراغ های شمالی») و در نیمکره جنوبی به «شفق جنوبی» معروف هستند، پدیده های طبیعی درخشانی هستند که به ویژه در عرض های جغرافیایی بالاتر در آسمان شب دیده می شوند. برخلاف سایر پدیده های آسمان شب مانند شهاب سنگ ها و دنباله دارها، شفق های قطبی پدیده های جوی هستند، اما علت آنها چیست؟

اگرچه شفق های قطبی در جو ظاهر می شوند، آنها نتیجه نیروهای فرازمینی هستند؛ با این حال، این نیروها به طور خاص بیگانه نیستند. تاج خورشید – بیرونی ترین ناحیه جو خورشید که از پلاسما (گاز داغ یونیزه شده) تشکیل شده است – باد خورشیدی (جریان ذرات پروتون ها و الکترون ها) را از خورشید دور می کند. برخی از این ذرات پر انرژی به میدان مغناطیسی زمین برخورد کرده و در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به سمت قطب های مغناطیسی شمال و جنوب در جو زمین پایین می آیند.

جو زمین بیشتر از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است. هنگامی که ذرات خورشیدی به جو زمین می رسند، با اتم های نیتروژن و اکسیژن برخورد کرده و الکترون های آنها را جدا می کنند تا یون هایی با حالات برانگیخته باقی بماند. این یون ها تشعشع را در طول موج های مختلف ساطع می کنند و رنگ های characteristic را ایجاد می کنند. برخورد ذرات خورشیدی با اکسیژن نور قرمز یا سبز تولید می کند. برخورد با نیتروژن نور سبز و بنفش تولید می کند.

در دوره‌های فعالیت کم خورشیدی – که اغلب با دوره‌هایی همراه است که خورشید لکه‌های خورشیدی کمتری دارد – تعداد کمتری از این ذرات پرانرژی از خورشید ساطع می‌شوند و لایه‌های درخشان رنگی که مناطق شفقی زمین را مشخص می‌کنند به سمت قطب‌ها تغییر می‌کنند. هنگامی که خورشید فعالتر است و مقادیر بیشتری از پلاسما از سطح خورشید فوران می کند، ذرات بیشتری به جو زمین می رسند و شفق های قطبی گاهی اوقات به عرض های جغرافیایی میانی گسترش می یابند. به عنوان مثال، شفق قطبی تا ۴۰ درجه عرض شمالی در ایالات متحده دیده شده است. شفق های قطبی به طور معمول در ارتفاع حدود ۱۰۰ کیلومتری (۶۰ مایلی) رخ می دهند. با این حال، آنها ممکن است در هر جایی بین ۸۰ تا ۲۵۰ کیلومتری (حدود ۵۰ تا ۱۵۵ مایلی) بالاتر از سطح زمین رخ دهند.