الشفق ليس مجرد شيء يحدث على الأرض ، إذا كان للكوكب جو ومجال مغناطيسي ، فمن المحتمل أن يكون لديهم الشفق ، مثل الذي تم رصده على كوكب المشتري وزحل ، لقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً لتأكيد الرؤية حيث كان يعتقد لفترة طويلة أن الشفق القطبي سيكون مستحيلاً على المريخ لأنه يفتقر إلى المجال المغناطيسي الدائم الموجود على الأرض.
تم رصده لأول مرة قبل عشر سنوات بواسطة Mars Express من وكالة الفضاء الأوروبية ، وهو بحث جديد بقيادة وكالة ناسا ، ومعهد الكواكب والفيزياء الفلكية في غرونوبل (IPAG) ، جامعة آلتو في فنلندا ، الأضواء الزرقاء التي تظهر فوق الكوكب هي الشفق .
تحدث الشفق عندما تمسك الجزيئات النشطة من الشمس بالمجال المغناطيسي للكوكب وتتفاعل مع الذرات في الغلاف الجوي للكوكب ، وتنبعث منها الضوء ، إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي ، فيجب ألا يكون هناك شفق .
ومع ذلك ، وجد MAVEN أنه لا تزال هناك بعض البقع المحلية للمجال المغناطيسي المتزايد التي لا تزال باقية على السطح ، تسمى الشذوذ المغناطيسي القشري ، كانت هذه تقتصر في الغالب على نصف الكرة الأرضية الجنوبي ، وهذا يعني أن الشفق القطبي للمريخ سيكون أقوى هنا.
ظاهرة الشفق القطبي على الأرض
الشفق القطبي ،أو الأضواء الشمالية أو الجنوبية ، سبب ظهور هذه الأضواء هو الشمس ، حيث تقع على بعد 93 مليون ميل ولكن آثارها تمتد إلى ما وراء سطحها المرئي ، العواصف العاتية على الشمس تبعث هبوب جسيمات شمسية مشحونة تتدفق في الفضاء ، إذا كانت الأرض في مسار تيار الجسيمات ، فإن المجال المغناطيسي لكوكبنا والغلاف الجوي يتفاعلان.
عندما تصطدم الجزيئات المشحونة من الشمس الذرات والجزيئات في الغلاف الجوي للأرض ، فإنها تثير تلك الذرات مما يؤدي إلى إشعالها.
تتكون الذرات من نواة مركزية وسحابة محيطة من الإلكترونات تطوق النواة في مدار. عندما تضرب الجسيمات المشحونة من الشمس الذرات في الغلاف الجوي للأرض ، تنتقل الإلكترونات إلى مدارات ذات طاقة أعلى ، بعيدًا عن النواة ، ثم عندما يعود الإلكترون إلى مدار منخفض الطاقة ، يطلق جزيءًا من الضوء أو الفوتون.
عندما تضرب الجزيئات المشحونة من الشمس جزيئات الهواء في المجال المغناطيسي للأرض ، فإنها تتسبب في إثارة ذرات تلك الجزيئات ، تنبعث الجزيئات من الضوء أثناء تهدئتها ، غالبًا ما تظهر الشفق على شكل ستائر من الأضواء ، ولكن يمكن أن تكون أيضًا أقواس أو لوالب ، غالبًا ما تتبع خطوط القوة في المجال المغناطيسي للأرض.
معظمها أخضر اللون ولكن في بعض الأحيان تظهر باللون الوردي ، وقد تحتوي الشاشات القوية أيضًا على ألوان حمراء وبنفسجية وأبيض ، تظهر الأضواء عادًة في أقصى الشمال ، الدول المطلة على المحيط المتجمد الشمالي كندا وألاسكا والدول الاسكندنافية و أيسلندا وغرينلاند وروسيا ، لكن العروض القوية للأضواء يمكن أن تمتد إلى خطوط عرض أكثر جنوبيًا في الولايات المتحدة ، وبالطبع ، تظهر الأضواء في المناطق القطبية الجنوبية للأرض. [2]
ظاهرة الشفق القطبي على المريخ
المريخ لديه تقريبًا نفس الظواهر الفلكية التي نراها على الأرض ، إلا أنها تبدو مختلفة تمامًا ، وأحد هذه الظواهر هو الشفق.
الشفق القطبي ، مثل الشفق القطبي الشهير ، ناتج عن تفاعل الجسيمات المشحونة من الشمس مع المجال المغناطيسي للكوكب ، عندما تدخل هذه الجسيمات إلى الغلاف الجوي ، فإنها تثير الذرات والجزيئات ، وبينما تطلق الطاقة لتهدئة ، تنتج الجسيمات الضوء. على الأرض ، نرى الشفق باللون الأخضر والأحمر مع بعض الأشكال الزرقاء أو الأرجوانية في المزيج.
الشفق القطبي المريخي متوقع فقط في نصف الكرة الجنوبي. ويتطلع رواد الفضاء الذين يتجولون على طول التربة الحمراء للكوكب لرؤية الضوء الأزرق في الغالب مع بعض الألوان الحمراء والخضراء.
لكن المريخ ليس لديه الكثير من الغلاف الجوي أو المجال المغناطيسي ، إنها صغيرة جدًا وقد جردتها الرياح الشمسية تمامًا ، إذن كيف يمكن للمريخ أن يكون لديه أي نوع من أضواء الليل؟
وصلت دراسة جديدة إلى أن نوعًا معينًا من الشفق ، الشفق البريتوني ، هو الشكل الأكثر شيوعًا للظاهرة على المريخ ، مثل الشفق على الأرض (بما في ذلك الشفق القطبي) ، تتشكل الشفق البريتوني عندما تتفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف الجوي.
تم رصد الشفق البروتوني لأول مرة بواسطة المركبة الفضائية MAVEN التابعة لناسا في عام 2016 ، وعلى وجه الخصوص أداة التصوير الطيفي للأشعة فوق البنفسجية (IUVS) ، لكن هذا البحث الجديد يوضح أنها أكثر أنواع الشفق شيوعًا على هذا الكوكب ، ويمكن أن تساعد العلماء على تتبع فقدان الماء من الغلاف الجوي للمريخ.
تكون الشفق البريتوني عندما تتفاعل بروتونات الرياح الشمسية (وهي ذرات هيدروجين من إلكتروناتها الوحيدة بسبب الحرارة الشديدة) مع الغلاف الجوي العلوي على جانب المريخ. مع اقترابها من المريخ ، تتحول البروتونات القادمة مع الرياح الشمسية إلى ذرات محايدة عن طريق سرقة الإلكترونات من ذرات الهيدروجين في الحافة الخارجية للهيدروجين المريخي ، وهي سحابة ضخمة من الهيدروجين تحيط بالكوكب. عندما تضرب تلك الذرات عالية السرعة الغلاف الجوي ، تنبعث بعض طاقتها لضوء فوق بنفسجي.
نظرًا لأن الشفق البريتوني يتم إنشاؤه بشكل غير مباشر عن طريق الهيدروجين المشتق من ماء المريخ الذي هو في طور الضياع في الفضاء ، يمكن استخدام هذه الشفق للمساعدة في تتبع فقدان الماء المريخي المستمر.
يبدو أن الاحترار الصيفي ونشاط الغبار يسببان الشفق البروتوني من خلال دفع بخار الماء عالياً في الغلاف الجوي. الأشعة فوق البنفسجية الشمسية المتطرفة تقسم الماء إلى مكوناته ، الهيدروجين والأكسجين. يرتبط الهيدروجين الخفيف بجاذبية المريخ ويعزز هالة الهيدروجين المحيطة بالمريخ ، مما يزيد من فقد الهيدروجين في الفضاء. يجعل المزيد من الهيدروجين في الهالة التفاعلات مع بروتونات الرياح الشمسية أكثر شيوعًا ، مما يجعل الشفق البروتوني أكثر تكرارا وأكثر إشراقا. [1]
الفرق بين شفق المريخ و الشفق الارضي
في الأرض ، يُنظر عادةً إلى الشفق القطبي على أنه عرض للضوء في سماء الليل بالقرب من المناطق القطبية ، حيث تُعرف أيضًا باسم الأضواء الشمالية والجنوبية ، ويحدث عندما تضرب الجسيمات المشحونة من الشمس الذرات في الغلاف الجوي للأرض ، فإنها تتسبب في تحرك الإلكترونات في الذرات إلى حالة طاقة أعلى. عندما تنخفض الإلكترونات إلى حالة طاقة أقل ، فإنها تطلق الفوتون الضوء ، هذه العملية تخلق الشفق الجميل أو الأضواء الشمالية .
ومع ذلك ، يحدث الشفق البريتوني على المريخ خلال النهار ويطلق ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، لذلك فهو غير مرئي للعين البشرية ولكن يمكن اكتشافه بواسطة أداة التصوير الطيفي للأشعة فوق البنفسجية (IUVS) على متن المركبة الفضائية MAVEN (المريخ والغلاف الجوي المتطاير EvolutioN).
الفرق في الموقع ليس الفرق الوحيد مع الشفق المريخي ، حيث يقوم الأكسجين في الغلاف الجوي بتلوين الأضواء الشمالية باللون الأخضر والأحمر ، فإن النيتروجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ يعني أنهما يظهران باللون الأزرق.
تنتج الظواهر المختلفة أنواعًا مختلفة من الشفق ، ومع ذلك ، فإن جميع الشفق في الأرض والمريخ تعمل بالطاقة الشمسية ، سواء كانت انفجارات للجسيمات عالية السرعة المعروفة باسم العواصف الشمسية ، أو اندلاع الغازات والمجالات المغناطيسية المعروفة باسم طرد الكتلة التاجية ، أو هبوب الرياح الشمسية ، تيار من موصلا للكهرباء ينفخ باستمرار في الفضاء بسرعة حوالي مليون ميل في الساعة.
على سبيل المثال ، تحدث الأضواء الشمالية والجنوبية على الأرض عندما يزعج النشاط الشمسي العنيف الغلاف المغناطيسي للأرض ، مما يتسبب في ارتطام إلكترونات عالية السرعة بجزيئات الغاز في الغلاف الجوي العلوي الليلي على الأرض وجعلها تتوهج ، عمليات مماثلة تولد الشفق القطبي المنفصل والمريخ . [1]