دلیل پدیده شفق قطبی

بیرکلاند (B. Birkeland) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح کرد که لکههای خورشیدی ناحیههایی هستند که از آنها باریکههای ذرات باردار (الکترونها) به داخل فضای اطراف گسیل میشوند. این ذرات با رسیدن به لایههای بالای جو زمین ، از طریق برخوردهای الکترون در این لایهها ، مشابه تخلیه گاز در لوله ، گازها را به تابانی وا میدارند. این الکترونها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر میگذارند. او برای نشاندادن این پدیده، آزمایشی انجام داد. یک گوی مغناطیسی را که نماد زمین است، در یک جعبه شیشهای خلا آویزان کرد. سپس با یک تفنگ الکترونی، به آن الکترون پرتاب کرد. در این آزمایش، در دو قطب گوی، او دو حلقه نورانی را مشاهده کرد.

آزمایش بیرکلاند برای نمایش شفق قطبی

در الکترومغناطیس قانونی به نام قانون دست راست وجود دارد. شکل کلی قانون به این صورت است: F → = q V → × B → {displaystyle {vec {F}}=q{vec {V}}times {vec {B}}}

q در این فرمول، بار ذره است و v بردار سرعت ذره و B بردار میدان مغناطیسی است. در آخر، F نیرویی است که به ذره وارد میشود. وقتی یک ذره باردار وارد یک میدان مغناطیسی میشود، نیرویی به آن وارد میشود که جهت آن بر اساس قانون دست راست مشخص است. اگر جهت حرکت ذره (بردار سرعت) عمود بر میدان مغناطیسی باشد، به دلیل اینکه نیرو به سمت داخل است، به دور خطوط میدان مغناطیسی می چرخد (مانند سنگی که با نخ بسته شده و آن را می چرخانیم). اما اگر حرکت ذره دارای مؤلفه موازی با میدان مغناطیسی باشد، این مؤلفه باعث جلو رفتن ذره میشود. در این صورت، ذره مسیر مارپیچی را طی میکند. الکترونها و پروتونهایی که توسط خورشید در فضا پراکنده میشوند، وقتی به زمین می رسند، توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می افتند و با حرکتی مارپیچی به سمت قطبها می روند. ذرات به دام افتاده کمربندهای تابشی وان آلن را تشکیل می دهند. (عبور از این کمربند برای فضاپیماهای حاوی سرنشین بسیار خطرناک است).

در قطب ها، میدان مغناطیسی زمین وارد جو آن میشود. درون جو، ذرات باردار با مولکولهای هوا برخورد میکنند و باعث برانگیخته شدن آنها و تابش نور میشوند. این نورها شفق قطبی را می سازند. اتمهای نیتروژن از خود نورهای مایل به قرمز و اتمهای اکسیژن از خود نور سبز منتشر میکنند.

دلیل پدیده شفق قطبی...