ما الذي يسبب ظواهر طبيعية مثل الشفق القطبي؟

لا أنسى أول مرة سمعت فيها تفسير الشفق القطبي بطريقة مختصرة وواضحة: الشمس ترسل جسيمات مشحونة، ومجال الأرض يوجّهها إلى القطبين حيث تصطدم بجزيئات الهواء فتومض السماء. تلك العملية تنتج ألواناً مختلفة لأن ذرات الأكسجين والنيتروجين تستجيب بشكل مختلف، والأخضر هو الأكثر شيوعاً لأن الأوكسجين عند ارتفاعات متوسطة يبعث ذلك الطيف بقوة.

أضيف أنه خلال ذروة النشاط الشمسي أو بعد طرد كتلي إكليلي قوي يمكن أن يصل الشفق إلى خطوط عرض منخفضة، وتؤدي العواصف المغناطيسية القوية إلى تأثيرات تقنية مثل اضطراب في أنظمة الاتصالات والأقمار الصناعية. أميل دائماً للتأمل في هذه الظاهرة كدليل على أن الطبيعة تعمل بفيزياء غاية في الروعة، وتذكير بأن مشاهدة السماء ليست مجرّد منظر بل محادثة بين نجمتنا وكوكبنا.

أذكر ليلة صيفية قضيتها على شاطئ متأملاً سماءً تتحرك فيها أشرطة ضوئية كأنها رقص بطيء للألوان؛ تلك اللحظة دفعتني لأبحث في السبب الحقيقي وراء الشفق القطبي. المسألة تبدأ على الشمس: سطحها ليس ثابتًا بل ماضجٌ بانفجارات ومجالات مغناطيسية قوية. عندما تنطلق سحب من البلازما (تسمى فيزيائياً الريح الشمسية أو في حالات أقوى ’تدفقات لاحِقة للكتل الإكليلية‘) تصطدم بجُبهَة مغناطيس الأرض، التي تعمل كالدرع. تلك الجزيئات المشحونة تُجرَّ إلى قطبي الخريطة عبر خطوط المجال المغناطيسي، وعند ملامستها لمحيط الغلاف الجوي تبدأ في إثارة ذرات الأوكسجين والنيتروجين.

الألوان تأتي من طبيعة الذرات وارتفاع الاصطدام: الأوكسجين في طبقات أعلى يُنتج اللون الأحمر واللون الأخضر الشائع، أما النيتروجين فينتج الأزرق والبنفسجي. هناك أيضاً عملية اسمها ’إعادة الاتصال المغناطيسي‘ في ظل الأرض تُطلق طاقة مفاجِئة فتولد عروضاً أشرس وأكثر حركة تُعرف بالعواصف المغناطيسية. والغريب أن دورة النشاط الشمسي التي تستمر حوالي 11 سنة تؤثر كثيراً على تكرار وقوة الشفق؛ أوقات الذروة تكون فيها السماء أكثر عرضة لهذه العروض.

أحب أن أفكر في الشفق كمزيج بين علمٍ دقيق وشاشة عرض كونية؛ هناك تأثيرات عملية أيضاً مثل تشويش الاتصالات والأقمار الصناعية خلال العواصف الشديدة، لكن أمام منظر السماء، تبدو كل هذه التفاصيل بمثابة خلفية لقصة بصرية فاسحة تُترك لتلهم أي ناجٍ يقف تحتها.

أجد متعة في تبسيط الأمور عندما أشرح لماذا تظهر تلك الألوان في السماء: الأمر يعتمد على جسيمات مشحونة تأتي من الشمس تُسمى ’الرياح الشمسية‘. الأرض محاطة بمجال مغناطيسي يوجّه هذه الجسيمات نحو القطبين، وهناك تتصادم الجسيمات مع الغازات النادرة في أعلى الجو. كل تصادم يمنح ذرة طاقة إضافية، ثم تعيد الذرة إصدارها على شكل ضوء — وهو ما نراه كشفق.

ما يجعل المشهد مختلفاً في كل مرة هو سرعة الجسيمات وقوة المجال المغناطيسي ومكان الارتطام في الغلاف الجوي؛ فلو كانت الاصطدامات أقرب إلى الأرض فإن الألوان قد تكون أكثر إشعالاً، أما إذا كانت أعلى فتميل للون الأحمر البعيد. أحداث على الشمس مثل التفجّرات أو الثقوب الإكليلية تزيد من فرصة وصول موجات أقوى، وهذا يفسر لماذا نسمع عن شفق يظهر في أماكن أبعد عن القطبين أثناء العواصف المغناطيسية.

أحب تصور الشفق كحوار بين شمسنا وكوكبنا: هو علم لكنه أيضاً عرض بصري يذكرني بأن الكواكب أنظمة ديناميكية، وكلما عرفت أكثر زاد إعجابي بالبسيط والمعقّد في آنٍ واحد.