لماذا الشفق القطبي أخضر؟ الألوان من قرية قطبية

المكان الذي تقف فيه

لماذا الشفق القطبي أخضر؟ لأن ذرات الأكسجين في أعالي الجو تصدر ضوءا بعد اصطدام الإلكترونات بها، وهنا تراه فوق واد عرضه نحو 700 m. تظهر صور الشفق عادة ستارة خضراء ساطعة فوق أرض مظلمة، مع بحيرة أو مضيق يعكسها مقلوبة. يضعك هذا المعرض داخل المشهد: على شاطئ بحيرة متجمدة في قرية قطبية ليلا، خلفك أكواخ خشبية، وغربا غابة تنوب، وشرقا تل ببرج مراقبة، وخلف البحيرة مرصد صغير. فوق الجميع سماء تحسب الشفق بالأرقام نفسها التي يصفه بها العلماء.

عرض الوادي نحو 700 m. تقع القرية على مصطبة مستوية في الوسط، وفيها اثنا عشر كوخا بنوافذ مضاءة وكنيسة خشبية صغيرة بساعة وساونا ورصيف يمتد فوق الجليد. البحيرة شمالا جليد أسود تعلوه أكوام ثلج. يلتف مسار مزلجة مضغوط حول البحيرة وداخل الغابة. يرتفع التل 34 m، وفوقه برج بارتفاع 9 m يتيح رؤية السماء كاملة. عند المرصد كوخ للمقياس المغناطيسي وكاميرا شاملة للسماء تحت قبة زجاجية ولوحة بشاشتين تعرضان قياساتهما.

يمكنك تغيير سلوك السماء. تشمل أدوات التحكم شدة العاصفة، أي مؤشر Kp، وطاقة الإلكترونات والساعة والتاريخ والمكان والسحب والقمر وغالق الكاميرا. يغير كل منها الشفق كما يتغير في الواقع. توضح قراءة يسار المشهد السبب، فتعرض خط عرضك المغناطيسي وحافة حلقة الشفق وارتفاع الأخضر والأحمر ومكان الشمس. فوق القراءة خريطة صغيرة للحلقة من أعلى القطب تحدد مكانك.

الثواني العشر الأولى

يبدأ المشهد في وقت متأخر من مساء فبراير عند خط عرض ترومسو بشمال النرويج، وKp 3+، قبل منتصف الليل المغناطيسي بقليل. تنفرج عاصفة فرعية؛ تسطع الستائر وتلتوي وترسل أشعة إلى أعلى، ويكررها جليد البحيرة العاري. اسحب لتنظر فوقك. يبدأ الأخضر على ارتفاع نحو 100 km، وفي ليلة صافية كهذه يكفي سطوعه لإضفاء مسحة خضراء خافتة على الثلج.

من أين يأتي الضوء

الشفق ضوء يصدره الهواء عندما تصدمه إلكترونات سريعة. يوضح مركز التنبؤ بالطقس الفضائي في NOAA أن الإلكترونات تتسارع في الذيل الليلي لمجال الأرض وأقرب إليها على خطوط مجال الشفق، ثم تتبع المجال إلى أعالي الجو قرب القطبين وتصطدم بالأكسجين والنيتروجين. تمتص الذرات والجزيئات الطاقة وتعيدها ضوءا، على نحو يشبه غاز لافتة النيون. تصنع البروتونات شفقا أيضا، لكنه خافت ومنتشر ويصعب عادة رؤيته.

تحدد خطوط المجال مواضع حدوث ذلك. قرب الاستواء ترتفع كثيرا وتغلق بعيدا في الفضاء، وقرب القطبين تنحدر بشدة إلى الجو. تهبط إلكترونات الشفق على خطوط تمتد إلى الذيل الليلي، وتلتقي هذه الخطوط بالأرض في شريط حول كل قطب مغناطيسي. بحسب NOAA يتكون الشفق عادة على ارتفاع 80 إلى 500 km، وأفضل رؤيته تحت شريط بين نحو 60° و75° عرضا، حيث يمكن أن يظهر في أكثر من نصف ليالي السنة.

تمد الشمس الظاهرة بالطاقة، لكن ليس مباشرة. تضغط الرياح الشمسية، وهي تيار رقيق من الجسيمات المشحونة، على المجال وتمده ذيلا طويلا في الجانب الليلي. تتراكم الطاقة هناك ثم تتحرر على دفعات. وعندما تصطدم بالأرض سحابة بلازما كبيرة قذفتها الشمس، أي انبعاث كتلي إكليلي، يزداد اضطراب المجال ويقوى الشفق ويتحرك نحو الاستواء.

لماذا الأخضر والأحمر

يأتي معظم اللون من الأكسجين الذري. تصف ملاحظات Science On a Sphere التابعة لـNOAA اللون الأكثر شيوعا بأنه أخضر مصفر باهت عند طول موجي محدد، 557.7 nm، ولونا شائعا آخر بأنه وهج أحمر عند 630.0 nm من الأكسجين أيضا. قد تكون حواف الأشعة السفلية بنفسجية مزرقة عند 427.8 nm من أيونات النيتروجين. تعطي NASA الارتفاعات: الأخضر تقريبا بين 100 و200 km، والأحمر فوق 200 km، وأزرق النيتروجين بين 100 و200 km، ووهجه الوردي أو البنفسجي المحمر دون نحو 100 km.

لماذا تعطي الذرة نفسها الأخضر أسفل والأحمر أعلى؟ تصدر ذرة الأكسجين في الحالة المنتجة للخط الأخضر فوتونها عادة خلال نحو ثانية. تعيش الحالة المنتجة للأحمر أطول بكثير، نحو 110 ثوان في المتوسط. فوق 200 km يمكن للذرة المثارة في الهواء الرقيق أن تنتظر دون اصطدام، فيخرج الأحمر. أسفل ذلك تتكرر التصادمات فتنتقل الطاقة إلى جار قبل خروج الضوء. يسمي واضعو نماذج انبعاث 630.0 nm ذلك الإخماد. هكذا يفرز الارتفاع الألوان: الأحمر أعلى، والأخضر وسطا، وانبعاثات النيتروجين الأسرع في الحافة السفلى.

يبني المعرض كل ستارة من أربع طبقات تتبع هذه القواعد. يتتبع برنامج التظليل كل شعاع رؤية في جو الأرض المنحني من 85 km إلى قمة الطبقة الحمراء. عند كل ارتفاع يلتقي بنمط الستارة ويضيف ضوء الطبقات الساطعة هناك. لذلك تكون أسفل الستارة حادة وخضراء وتتلاشى قمتها إلى الأحمر.

لون لكل ارتفاع

شغّل مقياس الارتفاع لمقارنة الشفق بأشياء مألوفة. طول الشخص 1.7 m، وتحلق طائرة ركاب عند نحو 11 km، وقمة إيفرست أقل قليلا من 9 km. يبدأ الأخضر قرب 100 km، أي نحو تسعة أمثال ارتفاع الطائرة ونحو 59,000 مرة طول الدمية على الشاطئ. تدور المحطة الفضائية الدولية عند نحو 410 km، ضمن مدى ارتفاع الأحمر، لذا ينظر الرواد إلى الأخضر أسفلهم وإلى الأحمر أفقيا.

يوضع المقياس على بعد لا يقل عن 450 km في اتجاه الشفق ليتسع المنظر لارتفاعي 100 km و400 km. وبسبب انحناء الأرض لا تتباعد العلامات بالتساوي؛ فمن بعيد يظهر ارتفاع 400 km فوق الأفق بزاوية لا تزيد إلا بضعة أمثال زاوية 100 km.

طاقة الإلكترون تحدد الارتفاع

تعتمد مسافة نفاذ الإلكترون على طاقته. يقطع السريع مسافة أطول داخل الهواء المتزايد كثافة قبل فقد طاقته كلها. تضع دراسات هطول الإلكترونات ذروة التأين قرب 110 km لإلكترونات 10 keV، وقرب 250 km لما دون 0.1 keV. تبلغ إلكترونات نحو 100 keV ارتفاع 80 km تقريبا. يستخدم المعرض منحنى ناعما عبر قيم كهذه: يتوقف 0.1 keV قرب 235 km، و1 keV قرب 145 km، و3 keV قرب 125 km، و10 keV قرب 110 km، و30 keV قرب 96 km، و100 keV قرب 80 km.

يبين منزلق الطاقة النتيجة. مع الإلكترونات اللينة، دون نحو 1 keV، يأتي الضوء من أعلى حيث يبقى الأحمر، فيحمر الشفق. ومع الصلبة، 20 keV فأكثر، تصل الستائر دون 100 km وتكتسب حافة وردية من النيتروجين. تصنع معظم الستائر الساطعة إلكترونات ببضعة keV، وهناك يبدأ المنزلق.

حلقة لا غطاء

يتخيل الناس الشفق وهجا فوق القطب الشمالي. من الفضاء هو حلقة. تصف NOAA حلقتين حول القطبين المغناطيسيين، بعرض بضع مئات الكيلومترات في الهدوء وبعيدتين عن القطب الجغرافي. يقع القطب الشمالي نفسه عادة داخل الحلقة، تحت غطاء قطبي قليل الشفق. لذلك تكون مدن مثل ترومسو وكيرونا وفيربانكس ويلونايف أفضل من القطب.

مركز الحلقة هو القطب المغناطيسي لا الجغرافي. وضعه نموذج IGRF لمجال الأرض في 2025 قرب 80.8° N، 72.6° W في المنطقة الكندية القطبية باتجاه غرينلاند، على بعد نحو 1,000 km من القطب الشمالي. والحلقة غير متناظرة؛ تمتد نحو الاستواء ليلا أكثر من نهارا. صورتها الأقمار المبكرة دائرة شبه كاملة مزاحة عن القطب، وأظهر Holzworth وMeng في 1975 أن دائرة مزاحة مع تصحيحات صغيرة تصفها جيدا.

ترسم خريطة المشهد الحلقة المستخدمة من فوق القطب، ومنتصف الليل المغناطيسي أسفلها. بتغيير الساعة تدور الأرض تحت الحلقة الثابتة نسبة إلى الشمس. وبزيادة Kp تتسع الحلقة.

لماذا تدفع العاصفة الحلقة نحو الاستواء

الحلقة حيث تصل خطوط الذيل الليلي إلى الأرض. عندما يشتد ضغط الرياح الشمسية، ولا سيما إذا اتجه مجالها جنوبا، ينفتح مزيد من مجال الأرض وينسحب إلى الذيل. تكبر منطقة الخطوط المفتوحة فوق القطب، أي الغطاء القطبي، وتكبر معها الحلقة. وجد Holzworth وMeng في الصور أن حجمها يتبع المركبة الجنوبية لمجال الرياح الشمسية. ومن صور فوق بنفسجية لقمر Polar التابع لـNASA، وجد Carbary قاعدة تقريبية: يتحرك أسطع جزء نحو الاستواء بنحو 1° عرض مغناطيسي لكل زيادة واحدة في Kp.

لذلك لا تكون العاصفة القوية خبرا جيدا دائما للمدن القطبية. عند Kp 7 تهبط حافة النموذج منتصف الليل إلى نحو 53°. تصبح ترومسو عند 67.5° باتجاه القطب من أسطع شفق، وتظهر الستائر جنوبا. يعرض الدليل ذلك؛ انظر جنوبا فوق القرية.

Kp، رقم العاصفة

يقيس Kp اضطراب مجال الأرض. يحسب كل ثلاث ساعات من سجلات مقاييس المغناطيسية في 13 مرصدا بعروض أدنى من حزام الشفق، ويمتد من 0 إلى 9 بأثلاث: 0، 0+، 1-، 1، 1+، وهكذا إلى 9، أي 28 خطوة. تستخدمه NOAA لمقياس العواصف: Kp 5 طفيفة (G1)، وKp 6 متوسطة (G2)، وKp 7 قوية (G3)، وKp 8 شديدة (G4)، وKp 9 قصوى (G5). تتوقع NOAA نحو أربع عواصف G5 في دورة مدتها 11 عاما.

يعطي الجدول نفسه مدى تقريبيا للرؤية. عند Kp 5 يرى الشفق عادة في العروض العليا كشمال ميشيغان ومين. وعند Kp 6 شوهد حتى نيويورك وأيداهو، وعادة عند 55° مغناطيسيا؛ وعند Kp 7 حتى إلينوي وأوريغون، عادة 50°؛ وعند Kp 8 حتى ألاباما وشمال كاليفورنيا، عادة 45°؛ وعند Kp 9 حتى فلوريدا وجنوب تكساس، عادة 40°.

يتحرك منزلق Kp بالأثلاث نفسها. وتستخدم تسميته الصيغة المنشورة، لذا تعني 3+ ثلاثة وثلثا.

كيف يحدد النموذج موضع الحلقة

تأتي حافة الحلقة من دراسة واحدة. استخدم Gussenhoven وHardy وHeinemann كواشف إلكترونات قمري الطقس DMSP F2 وF4، اللذين يعبران منطقة الشفق مرارا يوميا، لتحديد نهاية الشفق المنتشر باتجاه الاستواء. ولكل ساعة مغناطيسية محلية لاءموا خطا مستقيما Λ = Λ0 + α·Kp، حيث Λ خط العرض المغناطيسي المصحح للحافة. قرب منتصف الليل (00 إلى 01 MLT) المعادلة 66.1° − 1.99° × Kp، وقرب الظهر عند 11 إلى 12 MLT هي 70.1° − 1.25° × Kp. تتحرك الحافة نحو 2° نحو الاستواء لكل زيادة في Kp ليلا، وأقل نهارا.

يمزج المعرض الخطوط الساعية بسلاسة ويسد فجوتين، 02 إلى 04 MLT و13 إلى 15 MLT، باستيفاء خطي بين الساعات المجاورة. تصل العينة إلى نحو Kp 6، لذا فخطوط Kp 7 و8 و9 استقراء خارجها. يقارن الجدول النموذج بوصف NOAA؛ تقع عروض الرؤية الشائعة بين موضع الحافة فوق الرأس وأبعد نقطة يمكن أن تظهر منها القمة الحمراء بالكاد فوق الأفق.

عرض الشريط الساطع قاعدة تقريبية وضعناها لا ملاءمة بيانات: نحو 8° عند منتصف الليل الهادئ، يتسع 0.4° لكل زيادة في Kp، ونحو 7° قرب الظهر. يبلغ السطوع أقصاه قبل منتصف الليل وأدناه قرب الظهر. يستخدم تنبؤ NOAA لمدة 30 دقيقة نموذجا مختلفا، OVATION Prime، تقوده قياسات الرياح الشمسية لا Kp.

خط عرضك المغناطيسي

لأن مركز الحلقة مغناطيسي، لا يكفي العرض الجغرافي دليلا. تقع ترومسو عند 69.7° N لكن عرضها المغناطيسي نحو 67.5°. وتقع فيربانكس عند 64.8° N ومغناطيسيا نحو 65.6°، لأن ألاسكا في الجهة التي يميل نحوها القطب. أما سيول عند 37.6° N فعرضها المغناطيسي نحو 28.9° فقط، لأن شرق آسيا في الجهة البعيدة. تتمتع مدينة أوروبية أو أمريكية شمالية على عرض سيول الجغرافي بفرصة أفضل.

افتح «أنا» واختر مدينة أو استخدم موقعك أو أدخل العرض والطول. يحسب المعرض العرض المغناطيسي من ثنائي قطب IGRF ويعطي قيمتي Kp: لوصول الحافة فوقك عند منتصف الليل المغناطيسي، ولظهور بعض أحمر القمة فوق أفقك. تفعل قائمة المدن في الكتاب ذلك لـ40 مكانا من ترومسو ولونغييربين إلى سنغافورة. لا يغادر ما تكتبه جهازك.

رؤية الشفق من بعيد

لا يلزم الوقوف تحت الحلقة. يمكن رؤية ستارة على ارتفاع 100 km من بعيد قرب الأفق، مثل سلسلة جبال. لكن انحناء الأرض يضع حدا. لضوء عند ارتفاع h، تبعد أبعد نقطة أرضية يلامس منها الأفق بزاوية سطحية θ تحقق cos θ = R / (R + h)، حيث R نصف قطر الأرض، 6,371 km. عند 110 km تكون نحو 10.6° عرضا، أي نحو 1,200 km، وعند 400 km نحو 19.8°.

لذلك تهم القمة الحمراء من يعيش بعيدا. في عاصفة كبيرة تتحرك الحلقة نحو الاستواء وترتفع الطبقة الحمراء، حتى 475 km هنا عند Kp 9. من مدينة تبعد 20° تكون الستائر الخضراء تحت الأفق والقمة الحمراء فوقه قليلا.

عمليا تحتاج إلى أكثر من الهندسة؛ فالتلال والضباب وأضواء المدن وخفوت الضوء قرب الأفق تعوق الرؤية. لذلك تقع حدود NOAA المعتادة أقرب إلى القطب بكثير من الحد الهندسي في الجدول.

كوريا وعاصفة مايو 2024

في 10 مايو 2024 وصلت انبعاثات كتلية إكليلية متتابعة إلى الأرض وأطلقت أول عاصفة G5 منذ 2003. سمتها NASA أقوى عاصفة شمسية تصل الأرض منذ 20 عاما، وذكرت تقارير شفق عند عرض مغناطيسي منخفض قدره 26°. في النموذج تعلو القمة الحمراء الأفق حتى 27.2° عند Kp 9، قريبا من التقرير.

نشر معهد كوريا للفلك وعلوم الفضاء (KASI) ما شوهد في كوريا. سجلت كاميرا نظام رصد الغلاف العلوي TIMOS في مرصد بوهيونسان، بمرشح أحمر 630.0 nm، ضوءا أحمر شمالا خلال العاصفة. وصورت تلسكوبات KASI الواسعة في منغوليا والولايات المتحدة شفقا أحمر أيضا. فجر 12 مايو صور هواة من مرصد يونغين للأطفال شفقا أحمر من هواتشون في غانغوون. وأوضح KASI أن الكاميرا نفسها التقطت الأحمر في 30 أكتوبر 2003 أثناء عواصف الهالوين. وصف باحثوه لاحقا تغيرات كبيرة في الأيونوسفير فوق كوريا أثناء العاصفة نفسها: ارتفع المحتوى الإلكتروني الكلي ليلا وحدث تلألؤ قوي، ثم انخفض في اليوم التالي بأكثر من 70% عن المعتاد.

يضعك الدليل في سيول عند Kp 9 قرب منتصف الليل المغناطيسي. يظهر وهج أحمر رقيق فوق التلال الشمالية وتعكسه البحيرة. هذا تقريبا أقصى ما يتوقع من كوريا، ويحتاج إلى واحدة من أكبر عواصف الدورة الشمسية.

ليلة واحدة: أقواس وانفراج وبقع

تصف NOAA ليلة معتادة. مساء تتشكل أقواس من أفق إلى أفق. قرب منتصف الليل تبدأ بالالتواء والتمايل كستائر تحركها الريح. وقد تتسع فجأة لتملأ السماء وتتحرك بسرعة وتسطع كثيرا؛ هذه ذروة العاصفة الفرعية. في الصباح الباكر تصير الأشكال كالسحب، وكثيرا ما تومض البقع المنتشرة ساعات.

وصف Syun-Ichi Akasofu هذا التسلسل في 1964 من أفلام السماء الكاملة وسماه العاصفة الشفقية الفرعية. تتحرر طاقة الذيل المغناطيسي ويبدأ الانفراج عادة قرب منتصف الليل المغناطيسي. تصنع بقع الصباح النابضة إلكترونات تشتتها موجات الكورس خارج الغلاف المغناطيسي؛ أظهر Nishimura وزملاؤه في 2010 أن البقع والموجات تبدأ وتتوقف معا.

يشغل المعرض دورة كهذه على الجانب الليلي عند Kp 3 فأكثر: ازدياد بطيء للسطوع نحو 40 ثانية، ثم انفراج نحو 20 ثانية تتسارع فيه الأشعة ويتمدد الشريط نحو القطب، ثم تعاف. بين 03 و09 بالتوقيت المغناطيسي المحلي تحل البقع الوامضة محل الستائر.

مقياس المغناطيسية وكاميرا السماء

خلال الانفراج يجري التيار النفاث الكهربائي الغربي القوي على ارتفاع نحو 100 km بمحاذاة الشفق. يشعر به المقياس الأرضي هبوطا في المركبة الشمالية للمجال. ترسم لوحة المرصد آخر 60 ثانية من الإشارة. في انفراج عند Kp 4 أو5 تنخفض مئات النانوتسلا، مقارنة بمجال الأرض الكلي البالغ نحو 50,000 nT. يبنى Kp نفسه من إشارات كهذه في مراصد أبعد عن القطبين.

بجانبه كاميرا شاملة للسماء: عدسة عين سمكة تحت قبة زجاجية تصور من أفق إلى أفق في لقطة واحدة، شمالها أعلى وشرقها يسارا لأنك تنظر فوقك. تعرض الشاشة تظليل السماء نفسه المحيط بك بإسقاط عين السمكة.

الليل القطبي وشمس منتصف الليل

شمال الدائرة القطبية تبقى الشمس تحت الأفق طوال اليوم في جزء من الشتاء. يحسب المعرض موضعها بمعادلات NOAA، ويعد اليوم ليلا قطبيا إذا بقي مركزها أكثر من 0.833° تحت الأفق عند الظهر. تشمل الزاوية انكسار الضوء ونصف قطر الشمس. يعطي ذلك في ترومسو 48 يوما من 29 نوفمبر إلى 15 يناير، وفي لونغييربين بسفالبارد 111 يوما.

على الدائرة نفسها لا يوجد ليل قطبي. في روفانييمي القريبة منها يظهر أعلى الشمس حتى في أقصر يوم، لأن الهواء يرفع صورتها نحو نصف درجة. يحتاج الليل القطبي عرضا أبعد شمالا بقليل.

يجعل الظلام الشفق مرئيا. صيفا في عروضه تمنع شمس منتصف الليل رؤيته. يخفت المعرض الشفق مع اقتراب الشمس من الأفق، وفي ضوء الغسق ينير قمم الأشعة العالية بضوء الشمس؛ تتوهج أيونات النيتروجين المضاءة بالبنفسجي، ولذلك تظهر قمم بنفسجية فوق ستائر خضراء في بعض الصور.

العين والكاميرا

تبدو صورة الشفق غالبا أسطع وأكثر لونا مما رأته العين. يوضح مخطط NASA أن الشفق لا يظهر للعين بهذا السطوع غالبا، لكن الكاميرا تسجل تفاصيل الخافت أيضا. تجمع الكاميرا الضوء طوال فتح الغالق، ثانيتين أو عشرا أو ثلاثين. لا تفعل العين ذلك. في الضوء الضعيف تعتمد على الخلايا العصوية التي لا تميز الألوان، فيبدو الشفق الخافت كسحابة رمادية حتى يسطع.

يعمل الغالق بطريقتين. في العرض المباشر يحدد سطوع المشهد كما تفعل شاشة الكاميرا. وفي وضع التصوير، عند «التقاط صورة»، يرسم المعرض اللقطات الواقعة خلال التعريض مع حركة الشفق بينها ثم يجمعها. عند 1/30 s تكون الصورة مظلمة، وعند 10 s الستائر ساطعة وناعمة، وعند 30 s تتموه الأجزاء السريعة ويصبح الثلج مفرط التعريض. اختر «العين» لتقدير رؤيتها؛ تفقد الأجزاء الخافتة لونها.

الشفق الجنوبي

تحيط الحلقة الجنوبية بالقطب المغناطيسي الجنوبي فوق المحيط الجنوبي وأنتاركتيكا. تنتهي معظم الخطوط التي تصل الشمالية في الجنوبية أيضا، فتضيء العاصفة الاثنتين. ليستا مرآتين متطابقتين. صور Laundal وØstgaard الحلقتين معا بقمرين ووجدا أن إحداهما قد تسطع أكثر بحسب الفصل واتجاه مجال الرياح الشمسية.

تشغل كوريا محطتين في أنتاركتيكا. تقع محطة الملك سيجونغ عند 62.2° S على جزيرة الملك جورج، وعند نحو 53° مغناطيسيا، فترى الشفق جنوبا أثناء العواصف. وتقع محطة جانغ بوغو عند 74.6° S على جانب بحر روس، ونحو 77° مغناطيسيا قرب الحافة القطبية للحلقة. اخترهما في المكان وانظر جنوبا.

STEVE والكثبان وأشكال جديدة

في 2016 صور مراقبو الشفق في كندا شريطا موفيا ضيقا شرقيا غربيا جنوب الشفق المعتاد وسموه Steve. عبرت أقمار فوقه فوجدت تحته بلازما حارة سريعة جدا، دون هطول الإلكترونات الذي يصنع الشفق العادي. صاغ العلماء لاحقا اسم Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. ورأى Gallardo-Lacourt وزملاؤه أن ضوءه وهج الجو العلوي الساخن لا شفق أصلا. تنصح NASA بالبحث عنه على مسافة 5 إلى 10 درجات باتجاه الاستواء من الشفق، كقوس شرقي غربي شديد الضيق يستمر 20 دقيقة إلى ساعة، وتصحبه أحيانا شرائط خضراء قصيرة تسمى السياج.

في 2020 وصف علماء مواطنون وباحثون فنلنديون شكلا جديدا آخر، الكثبان: شرائط خضراء متوازية على ارتفاع نحو 100 km كتموج الرمل، تشكلها موجات الجو عند ذلك الارتفاع.

يصنع المعرض STEVE بعد عاصفة فرعية ليلا عند Kp 5 فأكثر، على بعد نحو 2.3° باتجاه الاستواء من الحافة، ومع السياج تحته في أكبر العواصف.

هل يمكنك سماع الشفق

لطالما وصف سكان الشمال طقطقة أو هسيسا أو تصفيقا خلال الشفق القوي. راجع Silverman وTuan التقارير في 1973. ما زال السؤال محل جدل. صوت من 100 km سيكون خافتا جدا ومتأخرا دقائق، لذا لا بد لأي صوت حقيقي أن يتكون قرب الأرض. يربطه بعض الباحثين بتأثيرات كهربائية في الجو السفلي أثناء الاضطرابات المغناطيسية. يشغل الاكتشاف المخفي في الغابة صوتا يشبه الأوصاف، وهو تمثيل لا تسجيل.

دورة 11 عاما

يرتفع نشاط الشمس وينخفض خلال نحو 11 عاما، وتعده البقع الشمسية. في 15 أكتوبر 2024 أعلنت NASA وNOAA واللجنة الدولية لتوقع الدورة الشمسية بلوغ الشمس فترة ذروة الدورة 25، التي قد تستمر نحو سنة. كانت أكبر شعلة في الدورة حتى ذلك الحين، X9.0، قد اندلعت في 3 أكتوبر 2024. تزداد فرص العواصف الكبيرة حول الذروة لكنها تحدث في سنوات أخرى أيضا.

لا تزال عاصفة سبتمبر 1859 معيار الحدث المتطرف، وتسمى حدث كارينغتون نسبة إلى الفلكي الذي رأى الشعلة. ورد الشفق من عروض منخفضة حول العالم، واستخدمه Cliver وDietrich لمناقشة حدود الطقس الفضائي المتطرف.

شفق الكواكب الأخرى

يمكن لأي كوكب ذي جو ومجال مغناطيسي أن يملك شفقا. يصور هابل شفق المشتري فوق البنفسجي. تصفه ESA بأنه يغطي مساحات أكبر من الأرض، بطاقات تفوق شفقها مئات المرات، ولا يتوقف. للمشتري مصدر لا تملكه الأرض: يقذف قمره البركاني Io جسيمات مشحونة، وحيث تصل خطوطه إلى المشتري تترك بصمة ساطعة قرب الحلقة الرئيسية. صور مسبار Juno هذه البصمات عن قرب.

شفق زحل فوق بنفسجي أيضا في معظمه، لأن جو العمالقة في معظمه هيدروجين. رصد هابل الشمالي سبعة أشهر في 2017 ووجد ذروتي سطوع، عند الفجر وقبل منتصف الليل. لا يملك المريخ مجالا عالميا ولا حلقة. وجد MAVEN التابع لـNASA شفقا منتشرا فوق جانب كبير منه بعد عاصفة شمسية.

يعرض منزلق الكوكب في الفضاء المشتري وزحل والمريخ وشفقها بألوان تمثيلية، وبجانب كل منها الأرض بالمقياس نفسه.

كيف ترسم السماء

السماء برنامج تظليل واحد يعمل لكل بكسل بنصف الدقة ثم يمد على الشاشة، وتضاف النجوم والقمر بدقة كاملة. يتتبع شعاع الرؤية لكل بكسل في جو الأرض المنحني. يأخذ حتى 64 ارتفاعا بين 82 km وقمة الأحمر، أقرب بعضها إلى بعض أسفل حيث حواف الستائر الحادة. وفي كل ارتفاع يحسب الموضع على القوس وباتجاه القطب، ثم يقرأ نمط الستارة هناك.

تتبع الستائر المجال وهو ليس عموديا. لثنائي القطب يحقق الميل I عند العرض المغناطيسي λ العلاقة tan I = 2 tan λ. عند عرض ترومسو 67.5° يكون الميل نحو 78°، فيتحرك خط يصعد من 100 km إلى 300 km نحو 40 km باتجاه الاستواء. يزيح التظليل النمط بهذا المقدار مع الارتفاع فتميل الأشعة معا. من أسفل مباشرة تبدو المتوازية ملتقية عند السمت المغناطيسي، على بعد نحو 12° من السمت الحقيقي باتجاه الاستواء في ترومسو؛ ذلك هو التاج.

الستائر الرقيقة من جانبها أضيق من المسافة بين ارتفاعي أخذ العينات. لذلك توسع كل صفيحة إلى عرض المسافة ويخفض ضوؤها بالعامل نفسه، فتحافظ على الضوء الكلي دون تلألؤ. يقرأ جليد البحيرة الصورة نفسها لانعكاسه إن كان الاتجاه على الشاشة، وإلا يعيد حسابها بخطوات أقل.

السحب والقمر وأضواء القرية

تقع السحب عند نحو 2.5 km، أدنى بكثير من الشفق، فتحجبه حيث تشتد. كثيرا ما تتوهج أخضر خافتا من أسفل بضوء الشفق فوقها. يضيف التحكم طبقة سحب منجرفة، ويبدأ ثلج خفيف حين تغطي أكثر من نصف السماء.

يمكن تغيير طور القمر، ويحدد موضعه من الشمس لذلك الطور؛ يرتفع البدر في ليلة الشتاء ويبقى الهلال قرب الشمس. يضيء القمر الثلج والسماء ويحجب أضعف الشفق. تضيف القرية قليلا من الضوء الدافئ قرب الأفق.

اختلاف النموذج عن الواقع

• تتبع الحافة ملاءمة DMSP لحد الشفق المنتشر. قد تقع الأقواس الساطعة المنفصلة في أي موضع داخل الشريط؛ يضع المعرض واحدا باتجاه القطب منك قليلا عندما تكون تحته، وإلا قرب الجانب المواجه لك.
• العرض قاعدة تقريبية والملاءمة بعد نحو Kp 6 استقراء. قد تصل الحلقة في العواصف الحقيقية الكبرى أبعد نحو الاستواء مما تتوقع الخطوط المستقيمة.
• يحدد Kp كل شيء هنا. يستجيب الحقيقي مباشرة لسرعة الرياح الشمسية وكثافتها ومجالها دقيقة بدقيقة، وقد تختلف عاصفتان بالقيمة نفسها.
• العرض المغناطيسي من ثنائي قطب مائل. تختلف الإحداثيات المصححة الحقيقية عنه بدرجة أو أكثر في أماكن، وأشد اختلافها في جنوب الأطلسي.
• طبقات الانبعاث منحنيات ناعمة ملائمة للارتفاعات المنشورة، لا حساب كامل لترسيب الطاقة والكيمياء. السطوع نسبي ولا يحاول المعرض إعطاء قيم بالكيلورايلي.
• الستائر نمط صفائح مطوية وأشعة منجرفة. أشكالها مصممة لتشبه الصور، لكن ارتفاعاتها وألوانها وميلها على المجال ومواضعها تتبع النموذج.
• يبقى المشهد الأرضي نفسه أينما تذهب. تتغير السماء والشمس والقمر والنجوم فقط مع المكان.
• يتبع القمر الشمس على دائرة البروج بحسب الطور المختار، وليس وفق تقويم قمري فلكي كامل.

التنقل في الوادي

تحرك بمفاتيح WASD أو الأسهم أو انقر الأرض. على الهاتف استخدم دائرة أسفل اليسار أو المس الأرض. اسحب للنظر حولك، ويمكن النظر عموديا. تبدل أزرار أسفل اليمين بين المشي والركض والمزلجة والمسيرة عند 45 m والفضاء. تفعل مفاتيح 1 إلى 5 الأمر نفسه. يفتح M الخريطة، وT التحديات، وB الكتاب، وF الاكتشافات، وP التصوير.

يصل درج البرج من جنوب التل. تكون المزلجة أسرع على المسار المتقطع حول البحيرة. في الفضاء اسحب لتدوير الكوكب ومرر للتقريب.

الجولة الإرشادية

للدليل 14 خطوة. يبدأ بانفراج فوق البحيرة، ويعرض الألوان بحسب الارتفاع ويصنع شفقا أحمر ويدفع الحلقة جنوب ترومسو ويوقفك تحت تاج ويعكس السماء في الجليد ويزور المرصد ويقارن العين بالكاميرا ويجد ليلا قطبيا وينظر من سيول عند Kp 9 ويزور محطة الملك سيجونغ وسفالبارد ظهرا، وينتهي في الفضاء مع الأرض والمشتري.

التحديات والاكتشافات المخفية

هناك 11 تحديا. بعضها أسئلة تجيب عنها نتائج النموذج، مثل Kp اللازم لسيول. وبعضها تحله بإحداث الظاهرة: شفق أحمر أو ليل قطبي أو صورة مدتها 10 ثوان أو الوقوف تحت تاج أو عاصفة فرعية على المقياس أو شفق ظهرا. يأخذك زر «تهيئة» إلى بداية مناسبة دون حل.

يضم الكتاب 44 مدخلا: الألوان والأشكال والأحداث والسماء والكاميرا والفضاء وأماكن شاهدت فيها الشفق. حول الوادي 18 اكتشافا مخفيا، سبعة منها بطاقات تصحح توقعا تبدأ بعبارة «في الواقع». يحفظ التقدم على هذا الجهاز.