یک روز کریسمس بسیار روان و گیج کننده شفق قطبی مشاهده شده بر فراز قطب شمال در سال 2022 نتیجه یک “طوفان باران” بود الکترون ها مستقیما از خورشیدمحققان ژاپنی و آمریکایی می گویند.
این اولین بار است که درخشش نادری از این دست از روی زمین دیده می شود و در زمانی رخ می دهد که تندبادهای باد خورشیدی تقریباً به طور کامل ناپدید شد و منطقه ای از آرامش را در اطراف زمین باقی گذاشت.
معمولاً شفق قطبی مانند آنچه در سراسر جهان دیده می شود ظاهر می شود در ماه می، متحرک و تپنده، با اشکال مشخص در آسمان. انرژی این نمایشگرهای شفقی توسط الکترون‌های باد خورشیدی – جریانی از ذرات باردار که از خورشید می‌ریزند – که از آن گرفته می‌شوند، تامین می‌شوند. میدان مغناطیسی زمین دم مغناطیسی نامیده می شود. چه زمانی فضا زمان افراطی می شود، مانند زمانی که الف تخلیه توده تاجی (CME) – پرتاب بزرگی از پلاسما و میدان مغناطیسی از خورشید – آزاد می شود، دم آهنربا می تواند پاره شود (نگران نباشید، دوباره رشد می کند). الکترون های به دام افتاده در آنجا به سمت پایین جریان می یابند زمینخطوط میدان مغناطیسی به قطب ها همانطور که آنها این کار را انجام می دهند، با مولکول ها روبرو می شوند اتمسفر زمینبا مقابله با آنها و ترغیب آنها به درخشش رنگ های شفق قطبی (آبی برای انتشار نیتروژن، سبز یا قرمز برای اکسیژن بسته به ارتفاع آن).
با این حال، درخشش نرم 25 تا 26 دسامبر 2022 بسیار متفاوت بود. شفق قطبی در لانگیربین نروژ که توسط یک دستگاه ضرب‌کننده جفت شده با شارژ الکترون (EMCCD) به تصویر کشیده شد، درخششی ضعیف و بی‌نظیر بود که وسعت آن 2485 مایل (4000 کیلومتر) بود. هیچ بافتی، سوسو زدن یا روشنایی متغیری وجود نداشت. هیچ نوع شفقی از زمین تا به حال دیده نشده است.
برای حل این معما، تیمی به رهبری کیسوکه هوسوکاوا، از مرکز علوم فضایی و مهندسی رادیو در دانشگاه توکیو، این درخشش کسل کننده را با حسگر ویژه اسکن اشعه ماوراء بنفش (SSUSI) در ماهواره های مدار قطبی مقایسه کردند. ماهواره های هواشناسی برنامه دفاعی (DMSP) را دیدند. DMSP توسط اداره ملی اقیانوسی و جوی و ایالات متحده مدیریت می شود نیروی کیهانی از طرف وزارت دفاع آمریکا
ماهواره ها شفق قطبی را از بالا مشاهده کردند و دریافتند که تمام نشانه های یک نوع نادر از شفق قطبی به نام شفق را دارد که تاکنون فقط از فضا دیده شده است.
باد خورشیدی معمولی حدود 250 مایل (400 کیلومتر) در ثانیه حرکت می کند. با این حال، خورشید می سوزد تاج پادشاهی پر از حفره است، به خصوص در عرض های جغرافیایی خورشیدی بالاتر، که از آن یک باد خورشیدی بسیار “سریع” جریان می یابد که با سرعت 500 مایل (800 کیلومتر) در ثانیه حرکت می کند. گاهی اوقات این حفره‌های تاج می‌توانند در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر رخ دهند، و این در روز کریسمس ۲۰۲۲ در حالی که مصادف با پایان باد خورشیدی معمولی بود اتفاق افتاد.
در محل سوراخ‌های تاجی، خطوط میدان مغناطیسی خورشید باز هستند – آنها به سطح خورشید، یعنی فوتوسفر، باز نمی‌گردند. همانطور که خطوط میدان مغناطیسی باز به فضا گسترش می‌یابند، حفره تاجی پایه یک قیف مغناطیسی را تشکیل می‌دهد که از آن الکترون‌های پرانرژی جریان می‌یابند.
در مورد شفق قطبی، این الکترون‌ها در فضا حرکت می‌کنند و خطوط میدان مغناطیسی باز با میدان مغناطیسی زمین بر روی قطب شمال متصل می‌شوند و به الکترون‌ها اجازه می‌دهند به‌جای گیر افتادن در دم آهنربا، مستقیماً روی قطب‌ها ببارند.
ما معمولاً متوجه این اتفاق نمی‌شویم زیرا ذرات باد قطبی معمولی الکترون‌های باد سریع ساطع شده از سوراخ تاجی را پراکنده می‌کنند. اما در این حالت فشار باد خورشیدی به میزان ناچیزی کاهش یافته است و الکترون های باد سریع می توانند بدون مانع به زمین برسند.
علاوه بر این، قطر دهانه این قیف مغناطیسی در حدود 4600 مایل (7500 کیلومتر) است. فاصله زمین از خورشید. به همین دلیل است که شفق قطبی بسیار صاف به نظر می رسید. لوله‌های شار مغناطیسی باز که از خورشید سرچشمه می‌گیرد، منطقه‌ای وسیع‌تر از کلاهک قطبی شمالی زمین را پوشش می‌دهد. از آنجایی که الکترون‌ها انرژی بالایی داشتند، تابش شفق سبز خالص بود، نه قرمز، زیرا انرژی بیشتری برای یونیزه کردن اکسیژن در عمق بیشتر جو مورد نیاز است.
شواهد قطعی این بود که ماهواره‌های DMSP فقط شفق قطبی مغناطیسی شمالی زمین را دیدند که در زمستان نیمکره شمالی به سمت خورشید متمایل شده است.
تیم هوسوکاوا در مقاله تحقیقاتی منتشر شده خود گفت: “زمانی که باد خورشیدی ناپدید شد، جریان شدیدی از الکترون‌ها با انرژی بیش از 1 کو توسط DMSP مشاهده شد که شفق را حتی از زمین به‌عنوان گسیل‌های متمایل به سبز روشن نمایان می‌کرد.”
خود باران قطبی قبلاً به طور گسترده توسط آشکارسازهای ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است ماهواره ها در مدار، اما چنین مطالعاتی اندک و دور از دسترس است. این شفق های صاف معمولاً با چشم غیر مسلح روی زمین قابل مشاهده نیستند. تا به حال، هیچ کس نمی دانست که درخشش صاف و بی خاصیت که آسمان را در روز کریسمس 2022 رنگ آمیزی کرد، چه بود. توضیح کامل را می توان در شماره 21 ژوئن مجله پیدا کرد پیشرفت علمی.
