شفق قطبی و خورشید گرفتگی

شفق قطبی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

نیروهای لورنتس که موجب انحراف مسیر الکترونها در میدان های مغناطیسی می شود در بسیاری از پدیده های طبیعی تجلی می یابند و فقط با یاری گرفتن از این نیروها توضیح آنها ممکن است. یکی از تماشایی ترین و با شکوهترین پدیده ها از این نوع شفق قطبی است، که مشخصه عرض های جغرافیایی بالا , نزدیکی های شمال یا جنوب مدار قطبی است. پدیده شگفت آور و زیبایی که در طول شب قطبی طولانی در آسمان دیده می شود.

آسمان تابان می شود و نقش هایی با رنگها و شکل های گوناگون

دیده می شود. گاهی دارای شکل کمان یکنواخت ، ساکن یا تپنده است و گاهی عبارت است از شمار زیادی پرتو با طول موج های متفاوت ، که مانند پرده ها و نوارها بازی می کنند و پیچ و تاب می خورند. رنگ تابانی از سبز مایل به زرد به سرخ و بنفش مایل به خاکستری تغییر می کند. طبیعت و منشا شفق های قطبی زمان درازی به کلی پوشیده مانده بود. تا اینکه به تازگی برای این راز توضیح رضایت بخشی پیدا شد.

ارتفاع شفق های قطبی

قبل از همه , دانشمندان موفق شدند ارتفاعی را که شفق های قطبی ظاهر می شوند، تعیین کنند. به این منظور از یک تابانی از دو نقطه به فاصله چند ده کیلومتر از یکدیگر عکس گرفتند. به کمک چنین عکس هایی ثابت کردند که شفق های قطبی در ارتفاع 80 تا 100 کیلومتری بالای زمین (بیشتر اوقات در ارتفاع 100 کیلومتر) ظاهر می شوند. به این ترتیب دریافتند که شفق های قطبی تابانی گازهای رقیق موجود در جو زمین هستند، که تا اندازه ای به تابانی در لامپ های تخلیه گاز شبیه می باشند.

دوره تناوب ظهور شفق های قطبی

رابطه جالب بین شفق های قطبی و پدیده های دیگر روشن است. شفق های قطبی با دوره های متفاوت مشاهده می شوند. اختلاف دوره های شفق قطبی بعضی اوقات به چندین سال می رسد. مشاهدات چندین ساله آشکار ساخته اند که دوره های زیادی ماکزیمم شفق های قطبی به طور مرتب در 11.5 سال تکرار می شوند . در طول این مدت ، شماره شفق های قطبی نخست سال به سال کاهش می یابد و سپس شروع می کند به زیاد شدن تا مقدار آن در 11.5 سال از نو به ماکزیمم می رسد.

سایر پدیده های زیبای جوی

مشاهده سطح خورشید ، از خیلی پیش ، وجود لکه های تار و نامنظمی را روی قرص آن آشکار ساخته اند که اغلب شکل و جایشان عوض می شود، معلوم شده است که تعداد و مساحت کل این لکه ها از سالی به سال دیگر ، نه به طور کاتوره ای بلکه با همان دوره 11.5 سال , تغییر می کنند . در این فرایند , ماکزیمم لکه های خورشیدی ، یا فعالیت خورشیدی ماکزیمم ، همزمان با شفق قطبی ماکزیمم عارض می شوند و نابودی آنها نیز با هم هماهنگ می باشد.

تعداد توفان های مغناطیسی به ماکزیمم خود می رسد. در سالهای اخیر رابطه مشابهی بین فعالیت خورشیدی (تعداد لکه های خورشیدی) و شرایط انتشار امواج رادیویی در لایه های بالای جو اثبات شده است. بنابراین مساله ، علاوه بر معنای نظری محض ، اهمیت عملی نیز پیدا کرده است.

فرضیه بیرکلند در مورد لکه های خورشیدی

بیرکلند (B.Birkeland ) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح کرد که لکه های خورشیدی ناحیه هایی هستند که آنها باریکه های ذرات باردار (الکترونها) به داخل فضای اطراف گسیل می شوند. این ذرات با رسیدن به لایه های بالای جو زمین ، از طریق برخوردهای الکترون در این لایه ها ، مشابه تخلیه گاز در لوله ، گازها را به تابانی وا می دارند. این الکترون ها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر می گذارند. کسوف چیست؟

گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظره‌های زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست. تنها موقعی می‌توان این پدیده را دید که عوامل زیادی با هم انطباق پیدا کنند. خورشید کره فروزان بسیار بزرگی است با قطری در حدود 109 برابر قطر زمین که در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین واقع شده است. ماه فقط یک چهارم اندازه زمین را دارد. ولی 400 بار نزدیکتر از خورشید به زمین است. البته بدیهی است که اجسام را از فاصله‌های دورتر کوچکتر می‌بینیم. اختلاف فاصله‌های ماه و خورشید نیز سبب می‌شود تا اندازه‌هایشان با هم برابری کنند. از این رو ، آن دو در آسمان تقریبا به یک اندازه دیده می‌شوند.

تاریخچه

در طول تاریخ ، این پدیده همواره مورد توجه اقوام و ملل مختلف بوده است. اغلب تمدن‌های کهن خورشید گرفتگی را پدیده‌ای شوم می‌پنداشتند و درباره آن اعتقادات خرافی داشتند. چینی‌ها عقیده داشتند که هنگام خورشید گرفتگی اژدهایی خورشید را می‌بلعد. در بسیاری از فرهنگ‌ها خورشید گرفتگی بلایی آسمانی پنداشته می‌شده است. مردم هند در خلال گرفتگی خود را تا گردن در آب فرو می‌کردند و اعتقاد داشتند که با این کار به خورشید و ماه کمک می‌کنند تا در برابر اژدها از خود دفاع کنند.

خورشید گرفتگی از دیدگاه علمی

اندازه ظاهری خورشید و ماه از زمین با هم برابر است. علت این امر آن است که فاصله این دو جسم از کره ما متفاوت است. در نتیجه در زمانهایی که ماه مسقیما از جلوی خورشید عبور می‌کند قرص خورشید در پس آن پنهان می‌شود. شرط لازم و کافی برای وقوع پیوستن کسوف آن است که زمین ، خورشید و ماه در یک خط یا تقریبا یک خط راست قرار بگیرند، به طوری که سایه ماه بر بخشی از زمین بیافتد کل این سایه از دو قسمت نیم سایه که در قسمت بیرونی است نیمه درونی که تاریک و سیاه است تشکیل شده است.

گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظره‌های زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست. تنها موقعی می‌توان این پدیده را دید که عوامل زیادی با هم انطباق پیدا کنند. خورشید کره فروزان بسیار بزرگی است با قطری در حدود 109 برابر قطر زمین که در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین واقع شده است. ماه فقط یک چهارم اندازه زمین را دارد. ولی 400 بار نزدیکتر از خورشید به زمین است. البته بدیهی است که اجسام را از فاصله‌های دورتر کوچکتر می‌بینیم. اختلاف فاصله‌های ماه و خورشید نیز سبب می‌شود تا اندازه‌هایشان با هم برابری کنند. از این رو ، آن دو در آسمان تقریبا به یک اندازه دیده می‌شوند.
کسوف تنها برای زمین

تصادف شگفت‌آوری است که اندازه ظاهری قمر زمین ، یعنی ماه ، به اندازه ظاهری خورشید برابر است. گرچه خورشید 400 بار دورتر از ماه است اما 400 بار هم بزرگتر از آن است. قطر بسیار بزرگ خورشید ، در اثر مشاهده از این فاصله زیاد ، کاملا کوچک دیده می‌شود. اگر این پدیده جالب توجه وجود نداشت‌، نمی‌توانستیم اطلاعات بیشتری در مورد جو بیرونی خورشید به دست می‌آوریم. به جز زمین ، در هیچ یک از سیارات منظومه شمسی پدیده گرفتگی خورشید روی نمی‌دهد.

علل کسوف

حدود 30 روز طول می‌کشد تا ماه یک بار زمین را دور بزند. دو یا سه بار در هر سال ، ماه در مسیر خود ، مستقیما از فاصله بیان زمین و خورشید می‌گذرد. در این هنگام گرفت خورشید رخ می‌دهد. قرص تاریک ماه برای مدت کوتاهی همه خورشید یا بخشی از آنرا می‌پوشاند.

چرا هرگاه ماه از میان زمین و خورشید می‌گذرد این پدیده اتفاق نمی‌افتد؟

دلیل این امر اینست که مدار ماه و زمین با هم زاویه دارد و در بسیاری از حالات ماه از بالا یا پایین قرص خورشید می‌گذرد. مدار زمین و ماه در دو نقطه به هم بر خوردمی‌کنند که به این دو نقطه گره‌های مداری می‌گویند و ماه هر گاه در این گره با زمین و خورشید در یک خط قرار بگیرد خورشید گرفتگی صورت می‌گیرد.

انواع کسوف

کسوف کامل :

در این حالت ماه در نزدیک‌ترین فاصله خود به زمین قرار دارد و در یک خط راست نیز قرار دارند. در این حالت کل قرص خورشید در پشت ماه پنهان می‌شود. سایه ماه فقط چند کیلومتر از سطح زمین را در بر می‌گیرد و به موازات حرکت ماه در مدار خود ، یک مسیر طولانی منحنی شکل در روی زمین می‌پیماید. تنها کسانی می‌توانند گرفتگی خورشید را ببینند که در جایی از این مسیر باریک و طولانی واقع باشند.

در هر نقطه ، مدت گرفتگی کامل ، بیشتر از دو تا پنج دقیقه طول نمی‌کشد. هر چه گرفتگی کامل نزدیکتر می‌شود، آسمان تاریک‌تر می‌شود. و ستارگان بیشتری پدیدار می‌شوند. هنگامی که قرص خورشید کاملا پوشانده می‌شود. هاله سفید رنگ درخشانی در اطراف ماه می‌درخشد. این همان تاج است که به صورت هاله‌ای از گازهای رقیق و داغ از خورشید جریان دارند. در کنار قرص سیاه ماه ، حلقه باریک و سرخرنگی از گازهای خورشید به چشم می‌خورد که فام سپهر نام دارد.

کسوف جزئی :

ساعتی پیش از آغاز گرفتگی کامل ، ماه شروع به پوشاندن بخشی از خورشید می‌کند. در این مرحله گرفتگی صرفا حالت جزئی دارد. در نواحی وسیعی در هر دو سوی مسیر گرفتگی ، تنها گرفتگی جزئی قابل روئیت است. در بر خی گرفتگی‌ها فقط نیم سایه با زمین در تماس است و تمام سایه از افراز قطبین می گذرد. طبعا این نوع خورشید گرفتگی در قطبین صورت می‌گیرد.

کسوف حلقه‌ای :

فاصله خورشید تا زمین و نیز فاصله تا ماه ثابت نیست. این فاصله‌ها اندکی تغییر می‌کنند. هنگامی که زمین از حالت عادی خورشید نزدیکتر و از ماه دورتر است. اندازه ظاهری ماه کوچکتر از اندازه ظاهری خورشید می‌شود. اگر در این مواقع گرفتگی رخ دهد، ماه نمی‌تواند قرص خورشید را به طور کامل بپوشاند. در نتیجه حلقه درخشانی از نور خورشید دور تا دور ماه را فرا می‌گیرد. این حالت را گرفت حلقه‌ای می‌نامند. در گرفت حلقه‌ای ، آسمان همچنان روشن است و تاج خورشیدی نیز دیده نمی‌شود. به این دلیل ، ارزش علمی گرفت حلقه‌ای کم است.

ثبت کسوف

مردم در زمانهای قدیم از گرفتگی خورشید می‌ترسیدند. آنها علت گرفتگی را نمی‌دانستند و خیال می‌کردند که ممکن است خورشید برای همیشه ناپدید شود. امروزه گرفتگی کامل ، برای اخترشناسان فرصت گرانبهایی است تا بخشهای کم نورتر تاج و نیز لایه فام سپهر را مطالعه کنند. مدتها پیش از آنکه گرفتگی رخ دهد. برنامه ریزی دقیقی صورت می‌گیرد، تا چندین هیئت در مسیر گرفت مستقر شوند.

منابع:

دانشنامه رشد

کتاب نجوم به زبان ساده نوشته مایردگانی