شفق قطبی کیسے بنتا ہے: آرکٹک گاؤں کا آسمان

آپ کہاں کھڑے ہیں

شفق قطبی کیسے بنتا ہے؟ تیز الیکٹران ہوا کی آکسیجن اور نائٹروجن سے ٹکرا کر روشنی پیدا کرتے ہیں؛ 700 m چوڑی اس وادی سے آپ یہی روشنی دیکھتے ہیں۔ شمالی روشنیوں کی تصویروں میں عموماً تاریک منظر کے اوپر روشن سبز پردہ ہوتا ہے، جس کا الٹا عکس جھیل یا فیورڈ میں دکھائی دیتا ہے۔ یہ نمائش آپ کو اسی تصویر کے اندر رکھتی ہے۔ رات کو آرکٹک کے ایک چھوٹے گاؤں کی منجمد جھیل کے کنارے کھڑے ہیں۔ پیچھے لکڑی کے گھر، مغرب میں اسپروس جنگل، مشرق میں پہاڑی پر نظارہ مینار اور جھیل کے پار چھوٹی رصدگاہ ہے۔ اوپر آسمان میں شفق انہی اعداد سے بنتی ہے جو سائنس دان اسے بیان کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔

وادی تقریباً 700 m چوڑی ہے۔ بیچ کے ہموار چبوترے پر بارہ گھر ہیں جن کی کھڑکیاں روشن ہیں، گھڑی والا لکڑی کا گرجا، سونا غسل خانہ اور برف پر نکلتی جیٹی ہے۔ شمال کی جھیل سیاہ برف اور جمع برف کے تودوں پر مشتمل ہے۔ دبی برف کی سلیج راہ جھیل اور جنگل کا چکر لگاتی ہے۔ پہاڑی 34 m بلند ہے، اس پر 9 m مینار سے پورا آسمان ایک ساتھ دکھائی دیتا ہے۔ رصدگاہ میں مقناطیسی پیمائش کا کمرہ، شیشے کے گنبد کے نیچے پورے آسمان کا کیمرا اور ان کی پیمائش دکھانے والی دو اسکرینوں کا تختہ ہے۔

آپ آسمان کی حالت بدل سکتے ہیں۔ طوفان کی طاقت (Kp اشاریہ)، الیکٹران کی توانائی، وقت، تاریخ، جگہ، بادل، چاند اور کیمرے کا شٹر کنٹرول میں ہیں۔ ہر ایک شفق کو حقیقت کی طرح بدلتا ہے۔ منظر کے بائیں اعداد وجہ بتاتے ہیں: آپ کا ارض مقناطیسی عرض بلد، شفق کے حلقے کا کنارہ، سبز اور سرخ روشنی کی بلندی اور سورج کی جگہ۔ اوپر چھوٹا نقشہ قطب کے اوپر سے حلقہ دکھاتا ہے، آپ کی جگہ نشان زد ہے۔

پہلے دس سیکنڈ

نمائش شمالی ناروے کے Tromsø کے عرض بلد پر فروری کی رات دیر سے کھلتی ہے، Kp 3+ پر، مقناطیسی نصف شب سے ذرا پہلے۔ ذیلی طوفان پھیلاؤ کے عروج پر ہے: پردے روشن ہوتے، تہہ کھاتے اور شعاعیں آسمان میں بھیجتے ہیں۔ جھیل کی کھلی برف انہیں لوٹاتی ہے۔ کھینچ کر اوپر دیکھیں۔ سبز روشنی تقریباً 100 km اوپر شروع ہوتی ہے۔ ایسی صاف رات میں اتنی روشن ہے کہ برف پر ہلکی سبز جھلک ڈال سکے۔

روشنی کہاں سے آتی ہے

شفق وہ روشنی ہے جو تیز الیکٹران کے ٹکرانے پر ہوا خارج کرتی ہے۔ NOAA کا Space Weather Prediction Center بتاتا ہے کہ الیکٹران زمین کے مقناطیسی میدان کی رات والی دم میں، اور زمین کے قریب شفق کی میدانی لکیروں کے ساتھ تیز ہوتے ہیں۔ وہ میدان کے ساتھ قطبوں کے قریب بالائی فضا میں اتر کر آکسیجن اور نائٹروجن سے ٹکراتے ہیں۔ ایٹم اور سالمے ٹکراؤ میں توانائی لیتے اور روشنی میں واپس دیتے ہیں، جیسے نیون بتی کی گیس۔ پروٹون بھی شفق بناتے ہیں، مگر وہ مدھم، پھیلی اور عموماً مشکل سے نظر آتی ہے۔

میدانی لکیریں جگہ طے کرتی ہیں۔ خط استوا کے قریب وہ زمین سے بہت اوپر جا کر دور خلا میں بند ہوتی ہیں؛ قطبوں کے قریب تیزی سے فضا میں اترتی ہیں۔ شفق روشن کرنے والے الیکٹران رات والی دم تک جانے والی لکیروں کے ساتھ اترتے ہیں۔ یہ ہر مقناطیسی قطب کے گرد پٹی میں زمین تک پہنچتی ہیں۔ NOAA کے مطابق شفق عموماً سطح سے 80 سے 500 km اوپر بنتی ہے۔ دیکھنے کی بہترین جگہ تقریباً 60° اور 75° عرض بلد کے درمیان پٹی کے نیچے ہے، جہاں سال کی آدھی سے زیادہ راتوں میں دکھائی دے سکتی ہے۔

توانائی سورج دیتا ہے، مگر براہ راست نہیں۔ شمسی ہوا، سورج سے آنے والے باردار ذرات کا ہلکا بہاؤ، میدان کو دبا کر رات کی طرف لمبی دم بناتا ہے۔ وہاں توانائی جمع ہو کر جھٹکوں میں نکلتی ہے۔ سورج سے پھینکا پلازما کا بڑا بادل، یعنی تاجی مادے کا اخراج، زمین تک پہنچے تو میدان کہیں زیادہ بگڑتا ہے۔ شفق روشن اور خط استوا کی طرف منتقل ہوتی ہے۔

سبز کیوں، سرخ کیوں

زیادہ تر رنگ ایٹمی آکسیجن سے آتا ہے۔ NOAA کی Science On a Sphere وضاحت عام ترین رنگ کو ہلکا زردی مائل سبز بتاتی ہے، درست طول موج 557.7 nm۔ ایک اور عام رنگ سرخ ہے، 630.0 nm، وہ بھی آکسیجن سے۔ شعاعوں کے نچلے کنارے نائٹروجن آئنوں سے 427.8 nm پر نیلگوں بنفشی ہو سکتے ہیں۔ NASA کے صفحے پر بلندیاں ہیں: سبز تقریباً 100 سے 200 km، سرخ 200 km سے اوپر، نائٹروجن کا نیلا 100 سے 200 km، اور تقریباً 100 km سے نیچے نائٹروجن کی گلابی یا سرخی مائل بنفشی چمک۔

ایک ہی ایٹم نیچے سبز اور اوپر سرخ کیوں دے؟ سبز لکیر والی حالت میں پہنچا آکسیجن ایٹم عموماً تقریباً ایک سیکنڈ میں فوٹون دیتا ہے۔ سرخ لکیر کی حالت اوسطاً تقریباً 110 سیکنڈ قائم رہتی ہے۔ 200 km سے اوپر پتلی ہوا میں متحرک ایٹم اتنی دیر ٹکرائے بغیر رہ سکتا ہے، اس لیے سرخ روشنی نکلتی ہے۔ نیچے ٹکراؤ اتنے زیادہ ہیں کہ ایٹم پہلے پڑوسی کو توانائی دے دیتا ہے اور سرخ روشنی نہیں نکلتی۔ 630.0 nm اخراج کے ماڈل بنانے والے اسے تصادمی بجھاؤ کہتے ہیں۔ نتیجہ یہ کہ بلندی رنگ الگ کرتی ہے: اوپر سرخ، درمیان سبز، نچلے کنارے پر نائٹروجن کے تیز اخراج۔

نمائش ان اصولوں پر چار تہوں سے ہر پردہ بناتی ہے۔ شیڈر میں ہر نظری شعاع کو خم دار زمین کی فضا میں 85 km سے سرخ تہہ کی چوٹی تک دیکھا جاتا ہے۔ ہر بلندی پر شعاع پردے کے نقش سے ملتی اور وہاں روشن تہوں کی روشنی جمع کرتی ہے۔ اسی لیے نیچے تیز سبز کنارہ اور اوپر سرخ میں مدھم ہوتا سرا ہے۔

ہر بلندی کا رنگ

بلندی کا پیمانہ روشن کریں تو شفق مانوس چیزوں کے مقابل آتی ہے۔ انسان 1.7 m بلند ہے۔ مسافر جہاز تقریباً 11 km پر اڑتا ہے۔ Everest کی چوٹی 9 km سے کچھ نیچے ہے۔ سبز روشنی تقریباً 100 km پر شروع، جہاز کی بلندی کا تقریباً نو گنا اور کنارے کے پتلے کی بلندی کا تقریباً 59,000 گنا۔ International Space Station تقریباً 410 km پر سرخ تہہ کی بلندیوں میں گردش کرتا ہے، اس لیے خلا باز اکثر سبز کو نیچے اور سرخ کو پہلو میں دیکھتے ہیں۔

پیمانہ شفق کی سمت کم از کم 450 km دور ہے تاکہ 100 km اور 400 km ایک منظر میں آئیں۔ زمین خم کھا کر دور جاتی ہے، اس لیے نام برابر وقفوں پر نہیں: دور سے 400 km دِکھنے میں افق سے 100 km کی نسبت صرف چند گنا بلند ہوتا ہے۔

الیکٹران کی توانائی بلندی طے کرتی ہے

الیکٹران کتنی گہرائی تک پہنچے گا، اس کی توانائی پر منحصر ہے۔ تیز الیکٹران تمام توانائی کھونے سے پہلے گھنی ہوتی ہوا میں زیادہ دور جاتا ہے۔ الیکٹرانوں کے نزول کی تحقیق میں 10 keV الیکٹران کے لیے آئن بننے کا عروج تقریباً 110 km اور 0.1 keV سے کم کے لیے تقریباً 250 km ہے۔ تقریباً 100 keV الیکٹران 80 km تک اترتے ہیں۔ نمائش ایسے اعداد سے ہموار منحنی بناتی ہے: 0.1 keV تقریباً 235 km، 1 keV تقریباً 145 km، 3 keV تقریباً 125 km، 10 keV تقریباً 110 km، 30 keV تقریباً 96 km اور 100 keV تقریباً 80 km پر رکتے ہیں۔

توانائی سلائیڈر اس کے نتائج دکھاتا ہے۔ تقریباً 1 keV سے کم توانائی پر روشنی اوپر سے آتی ہے جہاں سرخ لکیر قائم رہتی ہے، اس لیے شفق سرخ ہوتی ہے۔ 20 keV اور زیادہ توانائی پر پردے 100 km سے نیچے پہنچ کر نائٹروجن کا گلابی نچلا کنارہ پاتے ہیں۔ زیادہ تر روشن پردے چند keV کے الیکٹران بناتے ہیں۔ سلائیڈر وہیں سے شروع ہے۔

حلقہ، ٹوپی نہیں

لوگ اکثر شفق کو قطب شمالی کے اوپر روشنی سمجھتے ہیں۔ خلا سے وہ حلقہ ہے۔ NOAA دو بیضوی حلقے بتاتا ہے، ہر مقناطیسی قطب کے گرد ایک۔ سکون میں پٹی چند سو کلومیٹر چوڑی اور جغرافیائی قطب سے دور ہوتی ہے۔ قطب شمالی عموماً حلقے کے اندر کم شفق والی قطبی ٹوپی کے نیچے ہے۔ اسی لیے بہترین مقامات Tromsø، Kiruna، Fairbanks اور Yellowknife جیسے شہر ہیں، قطب نہیں۔

حلقے کا مرکز جغرافیائی نہیں، ارض مقناطیسی قطب ہے۔ زمینی میدان کے IGRF ماڈل نے 2025 میں اسے تقریباً 80.8° N، 72.6° W رکھا، کینیڈین آرکٹک میں Greenland کی طرف۔ قطب شمالی سے تقریباً 1,000 km دور۔ حلقہ ایک طرف کو بڑھا ہوا بھی ہے: دن کی نسبت رات میں زیادہ خط استوا کی طرف پہنچتا ہے۔ ابتدائی سیارچوں نے اسے قطب سے ہٹا تقریباً دائرہ دکھایا۔ Holzworth اور Meng نے 1975 میں بتایا کہ چھوٹی اصلاحات کے ساتھ ہٹا ہوا دائرہ اسے اچھا بیان کرتا ہے۔

منظر کا چھوٹا نقشہ استعمال ہونے والا حلقہ قطب کے اوپر سے بناتا ہے، مقناطیسی نصف شب نیچے۔ وقت بدلیں تو زمین اس کے نیچے گھومتی ہے، حلقہ سورج کے لحاظ سے قائم رہتا ہے۔ Kp بڑھائیں تو حلقہ بڑھتا ہے۔

طوفان حلقے کو خط استوا کی طرف کیوں دھکیلتا ہے

حلقہ وہاں ہے جہاں رات والی دم کی میدانی لکیریں زمین تک آتی ہیں۔ شمسی ہوا زیادہ دباؤ ڈالے، خاص طور پر اس کا میدان جنوب رخ ہو، تو زمین کا زیادہ میدان کھل کر دم میں کھنچتا ہے۔ ہر قطب پر کھلی لکیروں کا خطہ، قطبی ٹوپی، بڑھتا ہے، اس کے ساتھ گرد کا حلقہ بھی۔ Holzworth اور Meng نے سیارچوں کی تصاویر میں دیکھا کہ حلقے کا حجم شمسی ہوا کے میدان کے جنوبی حصے کے مطابق بدلتا ہے۔ NASA کے Polar سیارچے کی بالائے بنفشی تصاویر سے Carbary نے روشن ترین حصے کا عام قاعدہ پایا: Kp کا ہر درجہ اسے تقریباً 1° مقناطیسی عرض بلد خط استوا کی طرف لے جاتا ہے۔

اس لیے مضبوط طوفان آرکٹک شہروں کے لیے ہمیشہ اچھا نہیں۔ Kp 7 پر اس ماڈل کا کنارہ نصف شب میں تقریباً 53° تک اترتا ہے۔ 67.5° والا Tromsø روشن ترین شفق کی قطب والی طرف رہ جاتا ہے، پردے جنوبی آسمان میں آتے ہیں۔ رہنما سیر یہی دکھاتی ہے: گاؤں کے اوپر جنوب دیکھیں۔

Kp، طوفان کا عدد

Kp زمین کے میدان کی خرابی ماپتا ہے۔ شفق کی پٹی سے کم عرض بلد کے 13 رصدخانوں کے مقناطیسی ریکارڈ سے ہر تین گھنٹے بعد بنتا ہے۔ 0 سے 9 تک تہائی درجوں میں: 0، 0+، 1-، 1، 1+ اور آگے 9 تک، کل 28 درجے۔ NOAA اسے ارض مقناطیسی طوفان کے پیمانے میں استعمال کرتا ہے۔ Kp 5 معمولی (G1)، Kp 6 معتدل (G2)، Kp 7 مضبوط (G3)، Kp 8 شدید (G4)، Kp 9 انتہائی (G5) ہے۔ NOAA کو 11 سال کے چکر میں تقریباً چار G5 طوفان متوقع ہیں۔

اسی جدول میں شفق کی اندازاً رسائی ہے۔ Kp 5 پر شمالی Michigan اور Maine جیسے بلند عرض بلد پر عام دکھائی دیتی ہے۔ Kp 6 پر New York اور Idaho تک، عموماً 55° ارض مقناطیسی عرض بلد؛ Kp 7 پر Illinois اور Oregon، عموماً 50°؛ Kp 8 پر Alabama اور شمالی California، عموماً 45°؛ Kp 9 پر Florida اور جنوبی Texas، عموماً 40° تک دیکھی گئی۔

سلائیڈر انہی تہائی درجوں میں چلتا ہے۔ نام شائع شدہ طریقے سے ہے، اس لیے 3+ کا مطلب تین اور ایک تہائی ہے۔

ماڈل حلقہ کیسے رکھتا ہے

نمائش کا کنارہ ایک تحقیق سے آتا ہے۔ Gussenhoven، Hardy اور Heinemann نے DMSP F2 اور F4 موسمی سیارچوں کے الیکٹران آلات استعمال کیے، جو روز کئی بار شفق کے علاقے کو پار کرتے ہیں۔ انہوں نے پھیلی شفق کی خط استوا والی حد ڈھونڈی۔ ہر مقناطیسی مقامی گھنٹے پر سیدھی لکیر Λ = Λ0 + α·Kp ملائی، جہاں Λ کنارے کا درست شدہ ارض مقناطیسی عرض بلد ہے۔ مقناطیسی نصف شب کے قریب (00 سے 01 MLT) تعلق 66.1° − 1.99° × Kp؛ 11 سے 12 MLT، دوپہر کے قریب، 70.1° − 1.25° × Kp ہے۔ رات میں ہر Kp درجہ کنارہ تقریباً 2° خط استوا کی طرف لے جاتا ہے، دن میں کم۔

نمائش گھنٹوں کی لکیریں ہموار انداز میں ملاتی ہے۔ جدول کے دو خلا (02 سے 04 MLT اور 13 سے 15 MLT) ہمسایہ گھنٹوں کے درمیان سیدھی لکیر سے بھرتی ہے۔ نمونہ تقریباً Kp 6 تک ہے، اس لیے Kp 7، 8 اور 9 کی لکیریں حد سے آگے تخمینہ ہیں۔ اوپر ماڈل کے ساتھ NOAA کی وضاحت ہے۔ NOAA کی عام رسائی، کنارے کے سر پر آنے اور سرخ چوٹی کے افق پر ذرا نمودار ہونے کی دور ترین حد کے درمیان ہے۔

روشن پٹی کی چوڑائی ہمارا عام اندازہ ہے، اعداد پر ملایا تعلق نہیں: پرسکون نصف شب میں تقریباً 8°، ہر Kp درجے پر 0.4° اضافہ، دوپہر کے قریب تقریباً 7°۔ روشنی نصف شب سے پہلے زیادہ، دوپہر میں کم ترین ہے۔ NOAA کی اپنی 30 منٹ کی پیش گوئی مختلف OVATION Prime ماڈل لیتی ہے، جو Kp نہیں، شمسی ہوا کی پیمائش سے چلتا ہے۔

آپ کا ارض مقناطیسی عرض بلد

حلقہ ارض مقناطیسی قطب کے گرد ہے، اس لیے جغرافیائی عرض بلد کمزور رہنما ہے۔ 69.7° N پر Tromsø تقریباً 67.5° ارض مقناطیسی عرض بلد پر ہے۔ 64.8° N والا Fairbanks تقریباً 65.6° پر، کیونکہ Alaska اس طرف ہے جدھر مقناطیسی قطب جھکا ہے۔ 37.6° N والا Seoul صرف تقریباً 28.9° پر، کیونکہ مشرقی ایشیا دور والے پہلو پر ہے۔ اسی جغرافیائی عرض بلد کا یورپی یا شمالی امریکی شہر بہتر امکان رکھتا ہے۔

میں کھول کر شہر چنیں، اپنا مقام دیں یا عرض و طول بلد لکھیں۔ نمائش IGRF دو قطبی میدان سے عرض بلد نکال کر دو Kp بتاتی ہے: نصف شب میں کنارہ سر پر آنے کا، اور چوٹی کی کچھ سرخ روشنی افق پار کرنے کا۔ شفق کی کتاب کے شہر بھی Tromsø اور Longyearbyen سے Singapore تک 40 جگہوں کا یہی حساب دیتے ہیں۔ لکھی ہوئی کوئی چیز آلے سے باہر نہیں جاتی۔

دور سے شفق دیکھنا

حلقے کے نیچے ہونا ضروری نہیں۔ 100 km بلند پردے کی روشنی دور سے افق پر نیچی دکھتی ہے، جیسے دور پہاڑ۔ زمین کی گولائی حد بناتی ہے۔ h بلندی کی روشنی جس دور ترین زمینی مقام سے افق کو چھوئے، سطح کے ساتھ اس کا زاویہ θ ہے، جہاں cos θ = R / (R + h)، اور R زمین کا رداس، 6,371 km ہے۔ 110 km کے لیے تقریباً 10.6° عرض بلد، قریب 1,200 km؛ 400 km کے لیے تقریباً 19.8°۔

اسی لیے دور والوں کے لیے سرخ چوٹی اہم ہے۔ بڑے طوفان میں حلقہ خط استوا کی طرف آتا اور سرخ تہہ اونچی ہوتی ہے، اس ماڈل میں Kp 9 پر 475 km تک۔ 20° دور شہر سے سبز پردے افق کے نیچے، سرخ چوٹی ذرا اوپر ہے۔

عملی طور پر جیومیٹری کافی نہیں۔ پہاڑ، دھند، شہر کی روشنیاں اور افق پر مدھم روشنی رکاوٹ ہیں۔ اسی لیے NOAA کی عمومی حدیں اوپر کے جدول کی ہندسی حد سے کافی قطب کی طرف ہیں۔

کوریا اور مئی 2024 کا طوفان

10 مئی 2024 کو تاجی مادے کے کئی اخراج زمین تک پہنچے اور 2003 کے بعد پہلا G5 طوفان ہوا۔ NASA نے اسے 20 برس میں زمین تک آنے والا مضبوط ترین شمسی طوفان کہا، اور 26° مقناطیسی عرض بلد تک شفق کی اطلاع دی۔ اس ماڈل میں Kp 9 پر سرخ چوٹی 27.2° تک افق پار کر سکتی ہے، اطلاع کے قریب۔

Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) نے کوریا کے مشاہدات بتائیں۔ Bohyunsan Observatory میں بالائی فضا کے TIMOS نظام کے پورے آسمان کے کیمرے نے سرخ 630.0 nm فلٹر سے طوفان میں شمال کی سرخ روشنی پکڑی۔ Mongolia اور امریکہ میں KASI کی وسیع میدان دوربینوں نے بھی سرخ شفق کھینچی۔ 12 مئی کی صبح Yongin Children's Observatory کے شوقیہ ماہرین نے Gangwon کے Hwacheon سے سرخ شفق کی تصویر لی۔ KASI نے بتایا کہ Bohyunsan کا یہی کیمرا 30 اکتوبر 2003 کے Halloween طوفان میں بھی سرخ شفق پکڑ چکا ہے۔ بعد میں محققین نے اسی طوفان میں کوریا کے آئن کرہ کی بڑی تبدیلیاں بتائیں: رات کو کل الیکٹران مقدار بڑھی اور شدید سگنل جھلملاہٹ ہوئی؛ اگلے دن مقدار معمول سے 70% سے بھی زیادہ نیچے گئی۔

رہنما سیر آپ کو مقناطیسی نصف شب کے قریب Kp 9 پر Seoul میں رکھتی ہے۔ شمالی پہاڑی کناروں کے اوپر صرف باریک سرخ چمک اور جھیل میں عکس ہے۔ کوریا سے تقریباً اتنی ہی توقع ہو سکتی ہے، اس کے لیے بھی شمسی چکر کے بڑے ترین طوفانوں میں سے ایک چاہیے۔

ایک رات: قوسیں، پھیلاؤ، دھبے

NOAA عام رات کی ترتیب بتاتا ہے۔ شام میں شفق افق سے افق تک قوسیں بناتی ہے۔ رات گئے نصف شب کے قریب وہ مڑتی اور جھولتی ہیں، جیسے ہوا پردے اڑائے۔ کبھی تیز حرکت اور بہت روشنی کے ساتھ پورا آسمان بھر سکتی ہیں: ذیلی طوفان کا عروج۔ صبح کے آغاز میں شکلیں بادل جیسی، پھیلے دھبے گھنٹوں جل بجھ سکتے ہیں۔

Syun-Ichi Akasofu نے 1964 میں پورے آسمان کی فلموں سے یہ ترتیب بیان کر کے اسے شفق کا ذیلی طوفان کہا۔ مقناطیسی دم کی جمع توانائی نکلتی ہے، عموماً نصف شب کے قریب پھیلاؤ شروع ہوتا ہے۔ صبح کے دھڑکتے دھبوں کے الیکٹران chorus لہروں سے مقناطیسی کرہ سے بکھر کر نکلتے ہیں۔ Nishimura اور ساتھیوں نے 2010 میں دکھایا کہ دھبے اور لہریں ایک ساتھ روشن اور بند ہوتے ہیں۔

نمائش رات کی طرف Kp 3 یا زیادہ پر یہ چکر چلاتی ہے: تقریباً 40 سیکنڈ آہستہ روشنی بڑھنا، تقریباً 20 سیکنڈ پھیلاؤ میں تیز شعاعیں اور قطب کی طرف چوڑی پٹی، پھر بحالی۔ مقناطیسی مقامی وقت 03 سے 09 میں پردوں کی جگہ جلتے بجھتے دھبے لیتے ہیں۔

مقناطیسی پیما اور آسمانی کیمرا

پھیلاؤ میں مضبوط مغرب رخ الیکٹروجیٹ برقی رو تقریباً 100 km اوپر شفق کے ساتھ بہتی ہے۔ زمین کا مقناطیسی پیما شمال رخ میدان میں کمی محسوس کرتا ہے۔ رصدگاہ کا تختہ آخری 60 سیکنڈ کی ایسی لکیر بناتا ہے۔ Kp 4 یا 5 کے پھیلاؤ میں کئی سو نانوٹیسلا کمی ہوتی ہے، جبکہ زمین کا کل میدان تقریباً 50,000 nT ہے۔ Kp خود قطبوں سے دور رصدگاہوں کی ایسی لکیروں سے بنتا ہے۔

ساتھ پورے آسمان کا کیمرا ہے: شیشے کے گنبد کے نیچے فش آئی عدسہ ایک فریم میں افق سے افق تک لیتا ہے۔ شمال اوپر اور مشرق بائیں، کیونکہ آپ اوپر دیکھتے ہیں۔ اسکرین وہی آسمانی شیڈر فش آئی شکل میں دکھاتی ہے جو آپ کے گرد ہے۔

قطبی رات اور نصف شب کا سورج

دائرہ قطب شمالی کے شمال میں سردیوں کے کچھ حصے میں سورج سارا دن افق سے نیچے رہتا ہے۔ نمائش NOAA کی شمسی مساوات سے سورج کی جگہ نکالتی ہے۔ دوپہر میں مرکز افق سے 0.833° سے زیادہ نیچے رہے تو قطبی رات شمار ہوتی ہے۔ اس زاویے میں ہوا کا روشنی موڑنا اور سورج کا رداس شامل ہیں۔ Tromsø میں 48 دن، 29 نومبر سے 15 جنوری؛ Svalbard کے Longyearbyen میں 111 دن ملتے ہیں۔

خود قطبی دائرے پر قطبی رات نہیں۔ لکیر کے پاس Rovaniemi میں مختصر ترین دن بھی اوپری کنارہ نظر آتا ہے، کیونکہ ہوا عکس تقریباً آدھا درجہ اٹھاتی ہے۔ قطبی رات کے لیے ذرا زیادہ شمالی عرض بلد چاہیے۔

تاریکی شفق دکھاتی ہے۔ گرمیوں میں ان عرض بلد پر نصف شب کا سورج اسے چھپاتا ہے۔ نمائش سورج افق کی طرف چڑھے تو شفق مدھم کرتی ہے۔ دھندلکے میں اونچی شعاعوں کے سروں پر دھوپ پڑتی ہے: نائٹروجن آئن بنفشی چمکتے ہیں۔ اسی لیے بعض تصاویر میں سبز پردوں کے بنفشی سرے ہیں۔

آنکھ اور کیمرا

شفق کی تصویر اکثر اصلی آسمان سے روشن اور رنگین ہے۔ NASA کا معلوماتی خاکہ صاف کہتا ہے: ننگی آنکھ کو اکثر اتنی روشن نہیں لگتی، کیمرے مدھم شفق بھی تفصیل سے پکڑتے ہیں۔ شٹر کھلا رہے تو کیمرا دو، دس، تیس سیکنڈ روشنی جمع کرتا ہے۔ آنکھ ایسا نہیں کرتی۔ کم روشنی میں سلاخی خلیے کام کرتے ہیں، رنگ نہیں پہچانتے؛ اس لیے مدھم شفق روشن ہونے تک سرمئی بادل لگ سکتی ہے۔

شٹر کنٹرول دو طرح چلتا ہے۔ براہ راست منظر میں کیمرے کی اسکرین جیسی روشنی طے کرتا ہے۔ تصویر موڈ میں تصویر لیں دبائیں تو نمائش ایکسپوژر کے فریم بناتی اور جمع کرتی ہے، شفق درمیان میں حرکت کرتی ہے۔ 1/30 s پر تصویر تاریک؛ 10 s پر پردے روشن اور ہموار؛ 30 s پر تیز حصے نرم چمک میں دھندلے اور برف زیادہ روشن ہوتی ہے۔ آنکھ منتخب کر کے انسانی نظر کا اندازہ دیکھیں: مدھم حصے رنگ کھوتے ہیں۔

جنوبی روشنیاں

جنوبی حلقہ جنوبی ارض مقناطیسی قطب کے گرد، بحر جنوبی اور Antarctica پر ہے۔ شمالی حلقے میں ختم ہونے والی زیادہ تر لکیریں جنوبی میں بھی ختم ہوتی ہیں، تو طوفان دونوں روشن کرتا ہے۔ مگر عین آئینے کے عکس نہیں۔ Laundal اور Østgaard نے دو سیارچوں سے ایک ساتھ تصاویر میں دیکھا کہ موسم اور شمسی ہوا کے میدان کی سمت کے مطابق ایک زیادہ روشن ہو سکتا ہے۔

کوریا Antarctica میں دو تحقیقی اڈے چلاتا ہے۔ King George Island پر 62.2° S والا King Sejong Station تقریباً 53° ارض مقناطیسی عرض بلد پر، طوفان میں جنوب کی شفق دیکھتا ہے۔ Ross Sea کی طرف 74.6° S والا Jang Bogo Station تقریباً 77° پر، حلقے کے قطب والے کنارے کے پاس ہے۔ نمائش میں جگہ سے چن کر جنوب دیکھیں۔

STEVE، ریت کی لہریں اور نئی شکلیں

2016 میں کینیڈا کے ناظرین نے عام شفق کے جنوب میں مشرق سے مغرب کو باریک ہلکی بنفشی پٹی کھینچ کر Steve کہا۔ سیارچوں نے اوپر گزر کر نیچے بہت تیز گرم پلازما پایا، مگر عام شفق بنانے والے الیکٹرانوں کا نزول نہیں۔ سائنس دانوں نے بعد میں نام Strong Thermal Emission Velocity Enhancement سے جوڑا۔ Gallardo-Lacourt اور ساتھیوں کے مطابق روشنی گرم بالائی فضا کی چمک ہے، شفق نہیں۔ NASA کے مشورے: STEVE عام شفق سے تقریباً 5 سے 10 درجے خط استوا کی طرف، بہت باریک مشرق-مغرب قوس ہے، 20 منٹ سے ایک گھنٹہ رہتی ہے، کبھی چھوٹی سبز دھاریوں والی تختی باڑ ساتھ ہوتی ہے۔

2020 میں فن لینڈ کے شہری سائنس دانوں اور محققین نے نئی شکل بیان کی، ریت کی لہریں: تقریباً 100 km پر متوازی سبز دھاریاں، ریت کی لہروں جیسی، اسی بلندی کی فضائی لہروں سے بنی۔

نمائش رات کی طرف Kp 5 یا زیادہ پر ذیلی طوفان کے بعد STEVE بناتی ہے، کنارے سے تقریباً 2.3° خط استوا کی طرف۔ بڑے ترین طوفان میں نیچے تختی باڑ بھی ہوتی ہے۔

کیا شفق کی آواز آتی ہے؟

شمال کے لوگوں نے عرصے سے مضبوط شفق میں چٹخنے، سسکار یا تالی جیسی آواز بتائی ہے۔ Silverman اور Tuan نے 1973 میں رپورٹیں دیکھیں۔ سوال اب بھی متنازع ہے۔ 100 km سے آواز بہت کمزور اور کئی منٹ دیر سے آئے گی، اس لیے حقیقی آواز زمین کے قریب بننی چاہیے۔ کچھ محقق اسے ارض مقناطیسی خرابی کے دوران نچلی فضا کے برقی اثرات سے ملاتے ہیں۔ جنگل کی پوشیدہ دریافت ایسی بیان کردہ آواز سناتی ہے۔ مثال ہے، ریکارڈنگ نہیں۔

11 سال کا چکر

سورج کی سرگرمی تقریباً 11 سال میں بڑھتی گھٹتی ہے، دھبوں کی تعداد اسے ماپتی ہے۔ 15 اکتوبر 2024 کو NASA، NOAA اور بین الاقوامی Solar Cycle Prediction Panel نے بتایا کہ سورج شمسی چکر 25 کے زیادہ سے زیادہ سرگرم دور میں ہے، جو تقریباً ایک سال جاری رہ سکتا ہے۔ تب تک چکر کا بڑا ترین شعلہ X9.0، 3 اکتوبر 2024 کو نکلا تھا۔ عروج کے آس پاس بڑے طوفان زیادہ ممکن، مگر دوسرے برس بھی ہوتے ہیں۔

انتہائی واقعے کا معیار اب بھی ستمبر 1859 کا طوفان، Carrington واقعہ ہے، شعلہ دیکھنے والے فلکیات دان کے نام پر۔ دنیا کے کم عرض بلد پر شفق کی اطلاع ملی۔ Cliver اور Dietrich نے اس سے شدید خلائی موسم کی حدیں بیان کیں۔

دوسرے سیاروں کی شفق

فضا اور مقناطیسی میدان والے ہر سیارے پر شفق ہو سکتی ہے۔ Hubble، Jupiter کی بالائے بنفشی تصاویر لیتا ہے۔ ESA کے مطابق اس کا رقبہ پوری زمین سے بڑا، توانائی زمینی شفق کی سینکڑوں گنا، اور کبھی بند نہیں ہوتی۔ Jupiter کا ایک ذریعہ زمین میں نہیں: آتش فشانی چاند Io باردار ذرات خلا میں پھینکتا ہے۔ اس کی میدانی لکیریں Jupiter پر جہاں پہنچیں، مرکزی حلقے کے پاس روشن نقش چھوڑتی ہیں۔ Juno نے قریب سے ان کی تصاویر لی ہیں۔

Saturn کی شفق بھی زیادہ تر بالائے بنفشی ہے، کیونکہ بڑے سیاروں کی فضا زیادہ تر ہائیڈروجن ہے۔ Hubble نے 2017 میں سات ماہ شمالی شفق دیکھی، روشنی کے دو عروج، صبح اور نصف شب سے ذرا پہلے۔ Mars کا عالمی مقناطیسی میدان نہیں، حلقہ بھی نہیں۔ NASA کے MAVEN نے شمسی طوفان کے بعد بڑے حصے پر پھیلی شفق پائی۔

نمائش میں خلا کا سیارہ سلائیڈر Jupiter، Saturn اور Mars کی شفق مصنوعی رنگ میں، ہر ایک کے ساتھ ایک ہی پیمانے پر زمین دکھاتا ہے۔

آسمان کیسے بنتا ہے

آسمان ایک شیڈر ہے، ہر پکسل پر آدھی ریزولوشن میں چل کر اسکرین پر پھیلتا ہے؛ ستارے اور چاند مکمل ریزولوشن پر شامل ہیں۔ ہر پکسل کے لیے خم دار زمین کی فضا میں نظری شعاع چلائی جاتی ہے۔ 82 km سے سرخ تہہ کی چوٹی کے درمیان زیادہ سے زیادہ 64 بلندیاں، نیچے تیز پردوں کے پاس زیادہ قریب، لی جاتی ہیں۔ ہر بلندی پر شعاع کی جگہ قوس کے ساتھ اور مقناطیسی قطب کی سمت ناپ کر پردے کا نقش لیا جاتا ہے۔

پردے میدان کے ساتھ ہیں، میدان عمودی نہیں۔ دو قطبی میدان میں ارض مقناطیسی عرض λ پر جھکاؤ I کا تعلق tan I = 2 tan λ ہے۔ Tromsø کے 67.5° پر جھکاؤ تقریباً 78°، اس لیے 100 km سے 300 km اٹھتی لکیر تقریباً 40 km خط استوا کی طرف جاتی ہے۔ شیڈر ہر بلندی پر نقش اتنا سرکاتا ہے، شعاعیں ساتھ جھکتی ہیں۔ سیدھا نیچے سے متوازی شعاعیں ایک نقطے، مقناطیسی سمت الراس، میں ملتی لگتی ہیں۔ Tromsø میں یہ اصلی سمت الراس سے تقریباً 12° خط استوا کی طرف ہے: یہی کورونا ہے۔

پہلو سے باریک پردے دو نمونہ بلندیوں کے فرق سے پتلے ہیں۔ ہر چادر اس فرق تک چوڑی اور اسی تناسب سے مدھم کی جاتی ہے، تاکہ کل روشنی رہے، جھلملاہٹ نہ ہو۔ عکس کی سمت اسکرین پر ہو تو جھیل کی برف وہی تصویر پڑھتی ہے، ورنہ کم قدموں سے دوبارہ حساب کرتی ہے۔

بادل، چاند اور گاؤں کی بتیاں

بادل تقریباً 2.5 km پر، شفق سے بہت نیچے ہیں، اس لیے جہاں گھنے ہوں اسے مکمل چھپاتے ہیں۔ اوپر کی شفق سے روشن ہو کر نیچے سے اکثر ہلکے سبز دکھتے ہیں۔ بادل کنٹرول بہتے بادل کی تہہ شامل کرتا ہے۔ نصف سے زیادہ آسمان ڈھکے تو ہلکی برف پڑتی ہے۔

چاند کی شکل کنٹرول ہے، جگہ اس شکل کے لیے سورج سے نکلتی ہے۔ پورا چاند سردی کی رات اونچا، ہلال سورج کے پاس رہتا ہے۔ روشن چاند برف اور آسمان روشن کر کے مدھم ترین شفق چھپاتا ہے۔ گاؤں افق کے پاس تھوڑی گرم روشنی ڈالتا ہے۔

ماڈل اور حقیقت کا فرق

• حلقے کا کنارہ پھیلی شفق کی حد کے DMSP تعلق سے آتا ہے۔ روشن الگ قوسیں پٹی میں کہیں بھی ہو سکتی ہیں؛ حلقے کے نیچے ہوں تو نمائش آپ سے ذرا قطب کی طرف، ورنہ آپ والے کنارے پر ایک رکھتی ہے۔
• چوڑائی عام اندازہ ہے، تقریباً Kp 6 سے آگے تعلق حد سے باہر کا تخمینہ۔ حقیقی بڑے طوفان میں حلقہ سیدھی لکیر سے زیادہ خط استوا کی طرف آ سکتا ہے۔
• یہاں سب کچھ Kp طے کرتا ہے۔ حقیقی شفق شمسی ہوا کی رفتار، کثافت اور میدان کو ہر منٹ براہ راست جواب دیتی ہے؛ ایک Kp کے دو طوفان مختلف لگ سکتے ہیں۔
• عرض بلد جھکے دو قطبی میدان سے آتا ہے۔ حقیقی درست شدہ ارض مقناطیسی نقاط کہیں ایک درجہ یا زیادہ مختلف، جنوبی بحر اوقیانوس میں سب سے زیادہ ہیں۔
• اخراج کی تہیں شائع بلندیوں پر ملائی ہموار منحنی ہیں، توانائی جمع ہونے اور کیمیا کا مکمل حساب نہیں۔ روشنی نسبتی ہے، کلو ریلے کی عددی قدر دینے کی کوشش نہیں۔
• پردے تہہ دار چادروں اور بہتی شعاعوں کا نقش ہیں۔ شکلیں تصویروں جیسی بنانے کو فرض کی گئی ہیں؛ بلندی، رنگ، میدان کے ساتھ جھکاؤ اور جگہ ماڈل سے آتے ہیں۔
• منظر ہر جگہ یکساں ہے۔ صرف آسمان، سورج، چاند اور ستارے جگہ کے مطابق بدلتے ہیں۔
• چاند منتخب شکل کے لیے دائرہ بروج پر سورج کے پیچھے چلتا ہے؛ مکمل قمری جدول نہیں۔

وادی میں چلنا

WASD یا تیر سے چلیں، یا زمین پر کلک کریں۔ فون پر بائیں نیچے دائرہ یا زمین پر لمس استعمال کریں۔ کھینچ کر چاروں طرف، بالکل اوپر بھی دیکھ سکتے ہیں۔ دائیں نیچے بٹن چلنا، دوڑ، سلیج، 45 m کا ڈرون اور خلائی منظر بدلتے ہیں۔ 1 سے 5 چابیاں بھی یہی کرتی ہیں۔ M نقشہ، T چیلنج، B شفق کی کتاب، F پوشیدہ دریافتیں، P تصویر موڈ کھولتا ہے۔

پہاڑی مینار کی سیڑھی جنوب میں ہے۔ جھیل کی ٹوٹی لکیر والی راہ پر سلیج تیز ترین ہے۔ خلا میں کھینچ کر سیارہ گھمائیں، اسکرول سے بڑا کریں۔

رہنما سیر

سیر کے 14 مرحلے ہیں۔ جھیل پر پھیلاؤ، بلندی کے رنگ، سرخ شفق، Tromsø سے جنوب کو حلقہ، کورونا کے نیچے کھڑا ہونا، برف میں عکس، رصدگاہ، آنکھ اور کیمرا، قطبی رات، Kp 9 پر Seoul، King Sejong Station اور دوپہر کا Svalbard، آخر میں خلا میں زمین اور Jupiter۔

چیلنج اور پوشیدہ دریافتیں

11 چیلنج ہیں۔ کچھ ماڈل کے جواب والے سوال، جیسے Seoul کا مطلوب Kp۔ کچھ پیدا کر کے حل کریں: سرخ شفق، قطبی رات، 10 سیکنڈ کی تصویر، کورونا کے نیچے، مقناطیسی پیما پر ذیلی طوفان، دوپہر کی شفق۔ تیار کریں بٹن حل کیے بغیر اچھے آغاز پر لے جاتا ہے۔

کتاب میں 44 اندراج ہیں: رنگ، شکل و واقعات، آسمان و کیمرا، خلا اور شفق دیکھنے کی جگہیں۔ وادی میں 18 پوشیدہ دریافتیں، سات الٹی توقع والے کارڈ ہیں جو «درحقیقت» سے شروع ہوتے ہیں۔ پیش رفت اسی آلے میں رہتی ہے۔