راز شفق آبی در عرض‌های پایین با کمک دانشمندان آماتور فاش شد

مشاهده شفق‌های آبی در ژاپن

در تاریخ ۱۱ مه ۲۰۲۴، شفقی نادر با رنگ غالب آبی در ژاپن مشاهده شد. این شفق‌ها که توسط عموم مردم در ویدیوها و تصاویر ثبت شده بودند، تحت تجزیه و تحلیل سوتا نانجو، پژوهشگر پسادکتری در مؤسسه فیزیک فضایی سوئد و پروفسور کازو شیوکوا از دانشگاه ناگویا در ژاپن قرار گرفتند. محققان توضیحات متفاوتی برای نظریه‌های موجود ارائه می‌دهند و پیشنهاد می‌کنند که یون‌های مولکولی نیتروژن ممکن است از طریق فرآیندی ناشناخته به میدان مغناطیسی زمین شتاب بگیرند.

این کشف جدید نیاز به تحقیق بیشتر در مورد چگونگی وجود یون‌های نیتروژن، که به‌خوبی شناخته شده‌اند و بر زمین از طریق طوفان‌های ژئومغناطیسی و شفق‌ها تأثیر می‌گذارند، در ارتفاعات بالا را ایجاد می‌کند. شفق‌های رنگارنگ در تاریخ ۱۱ مه ۲۰۲۴ در اطراف جزایر هونشو و هوکایدو ژاپن به‌دلیل یک طوفان مغناطیسی شدید ظاهر شدند. معمولاً شفق‌هایی که در عرض‌های جغرافیایی پایین مشاهده می‌شوند به‌دلیل انتشار اتم‌های اکسیژن، رنگ قرمز دارند. اما در این روز، شفقی به رنگ صورتی سالمونی در طول شب مشاهده شد و شفقی با رنگ غالب آبی و ارتفاع غیرمعمولی نیز درست قبل از نیمه شب ظاهر گردید.

ویدیوهای ضبط شده با گوشی‌های هوشمند و عکس‌های آماتوری این رویداد را ثبت کردند و به دانشمندان این امکان را دادند که داده‌های عمومی را با تحقیقات خود ترکیب کرده و این پدیده را مورد مطالعه قرار دهند. در یک مطالعه جدید، محققان ویدیوها و تصاویر شفق با رنگ غالب آبی را تجزیه و تحلیل کردند تا مساحت این پدیده را برآورد کنند و برآوردها را با استفاده از طیف‌سنج‌ها تأیید کردند. این تحقیق که در نشریه «زمین، سیارات و فضا» منتشر شده است، به رهبری سوتا نانجو و پروفسور کازو شیوکوا از مؤسسه تحقیقات محیطی فضایی-زمینی دانشگاه ناگویا انجام شده است.

تحقیقات نانجو و شیوکوا اولین تصویرسازی از ساختار فضایی شفق‌های با رنگ غالب آبی در طول یک طوفان را ارائه داد. محققان دریافتند که شفق‌ها دارای ساختارهای طولی هستند که با خطوط میدان مغناطیسی هم‌راستا هستند؛ این اولین بار است که این ویژگی در یک شفق با رنگ غالب آبی در عرض‌های جغرافیایی پایین شناسایی می‌شود. همچنین، آن‌ها دریافتند که شفق حدود ۱۲۰۰ کیلومتر در طول کشیده شده و شامل سه ساختار جدا از هم است و ارتفاع آن بین ۴۰۰ تا ۹۰۰ کیلومتر متغیر است.

یافته‌های نانجو و شیوکاوا و تأثیر آن بر درک ما از شفق‌های آبی

یافته‌های نانجو و شیوکاوا ممکن است درک ما از شفق‌های آبی را تغییر دهند. جریان حلقه‌ای، که ناحیه‌ای به شکل دونات از ذرات باردار است که زمین را احاطه کرده، به عنوان منبع اتم‌های خنثی پرانرژی (ENA) شناخته می‌شود که شفق‌های با عرض جغرافیایی پایین، از جمله شفق قرمز را تولید می‌کند. طبق این مدل، طوفان احتمالاً ENAها را انرژی ‌بخشیده و نمایش رنگارنگی از نور ایجاد کرده است. با این حال، کشفیات این گروه به راحتی با این مکانیزم قابل توضیح نیست.

شیوکawa توضیح می‌دهد: “در این مطالعه، ساختاری به طول چند صد کیلومتر در شفق غالب آبی در جهت طولی یافت شد که تفسیر آن تنها با فعالیت ENA دشوار است. علاوه بر این، به نظر نمی‌رسد که ENAها بتوانند ساختارهای شفقی را که با خطوط میدان مغناطیسی هم‌راستا هستند، ایجاد کنند، همانطور که در این مطالعه مشاهده شده است.”

احتمال دیگری که مطرح شده این است که شفق به دلیل پراکندگی تشدیدی یون‌های مولکولی نیتروژن ناشی از تابش نور خورشید ایجاد شده باشد. با این حال، تحقیقات این گروه نشان می‌دهد که فرآیند متفاوتی رخ داده است، زیرا نور خورشید تنها تا ارتفاع ۷۰۰ کیلومتری نفوذ کرده و نه به ۴۰۰ کیلومتری که محققان مشاهده کرده‌اند. در عوض، نتایج آنها ممکن است نشان‌دهنده احتمال جالبی از یک فرآیند ناشناخته باشد. شیوکاوا گفت: “یافته‌های ما نشان می‌دهد که یون‌های مولکولی نیتروژن ممکن است به وسیله یک مکانیزم خاص به سمت بالا شتاب گرفته و مسئول تشکیل شفق غالب آبی باشند.”

او ادامه داد: “تا به امروز، درک دقیقی از چگونگی وجود یون‌های مولکولی نیتروژن با وزن مولکولی بالا در این ارتفاعات وجود ندارد. این یون‌ها به دلیل سنگینی و زمان‌های کوتاه تفکیک-ترکیب، به راحتی نمی‌توانند برای مدت طولانی وجود داشته باشند؛ با این حال، در ارتفاعات بالا مشاهده می‌شوند. این فرآیند در هاله‌ای از رمز و راز قرار دارد.”

به طور کلی، مشاهدات مکرر شفق‌های غالب آبی، مانند آنچه در ژاپن مشاهده شد، ممکن است سرنخ‌هایی برای درک اصول وجود نیتروژن در این ارتفاعات ارائه دهد. از آنجا که فرآیند خروج یون‌های مولکولی نیتروژن به سمت مغناطیس‌سپهر در همه چیز از درک طوفان‌های ژئومغناطیسی تا محیط تابش در فضا اهمیت دارد، این یافته‌ها می‌توانند به ما در درک فرآیندهایی که صدها کیلومتر بالاتر از ما اتفاق می‌افتند، کمک کنند.