الشفق القطبي ، والذي يمكن تسميته بشكل صحيح الشفق القطبي ، لأنه يحدث في المناطق القطبية من الأرض ، هو أحد أجمل الظواهر الطبيعية. يكمن جوهر هذه الظاهرة في حقيقة أن الرياح الشمسية ، التي ينحرفها المجال المغناطيسي للأرض نحو أقطابها ، تصطدم بذرات الغازات في الغلاف الجوي للأرض. في هذا التصادم ، تنتقل ذرة الغاز إلى حالة مثارة وتطلق طاقة على شكل فوتون - جسيم ليس له كتلة ولا شحنة. هذه الفوتونات هي التي تنتج تأثير الشفق القطبي.
كلما تغلغل عمق الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية في الغلاف الجوي للأرض ، كلما اصطدمت بالذرات بشكل أكبر ، لأن تركيز ذرات الغاز يزداد بشكل ملحوظ مع اقترابها من سطح الأرض. وفقًا لذلك ، كلما كانت الأضواء الشمالية أقوى وأطول.
يعتمد لون الشفق القطبي على عاملين: الارتفاع الذي حدث عنده الاصطدام ؛ نوع الغاز الذي وصلت ذرته إلى حالة الإثارة. على سبيل المثال ، إذا كان اللون أحمر أو أخضر ، فهذا يعني أن جزيئات الرياح الشمسية قد لامست ذرات الأكسجين. وفقًا لذلك ، يعني اللون الأحمر أنه حدث على ارتفاع شاهق (أكثر من 200 كيلومتر فوق الأرض) ، والأخضر - على ارتفاعات متوسطة (من 100 إلى 200 كيلومتر). إذا كان اللون أزرق أو بنفسجي ، فهذا يعني أن ذرات النيتروجين قد دخلت حالة الإثارة. لا يمكن تمييز الفوتونات التي تشكلت عند إثارة ذرات الغازات الأخرى ، لأن النيتروجين والأكسجين هما أكثر مكونات الغلاف الجوي للأرض كثافة.
يفسر النمط التالي الفرق في الألوان التي تنتجها فوتونات ذرات الأكسجين المثارة. إذا لم تتصادم ذرة الأكسجين المتصادمة مع ذرة أكسجين أخرى في غضون ثانية واحدة ، فسوف تنبعث منها فوتون أخضر. إذا لم يحدث هذا الاصطدام في غضون دقيقتين كاملتين ، فسيصدر فوتون أحمر. ولكن في حالة حدوث الاصطدام أسرع من ثانية ، فلن يتشكل فوتون على الإطلاق. من السهل أن نفهم أن اللون الأحمر لن يظهر إلا على ارتفاعات تزيد عن 200 كيلومتر ، حيث يكون تركيز الذرات ضئيلًا ونادرًا ما تحدث اصطداماتها. حسنًا ، على ارتفاع أقل من 100 كيلومتر ، تحدث الاصطدامات كثيرًا لدرجة أن ذرة الأكسجين المثارة ليس لديها الوقت لتظل سليمة حتى ولو لثانية واحدة ، ولا يتم تكوين فوتون.
بالطبع ، كلما كانت الاضطرابات في الغلاف الجوي للشمس أقوى ، كانت تدفقات الرياح الشمسية أقوى. لذلك ، عند سماع توهج شمسي آخر ، يجب أن يكون سكان المناطق القطبية في نصف الكرة الشمالي ، وكذلك الشتاء في القارة القطبية الجنوبية ، على استعداد: بعد فترة سيرون شفق قطبي قوي وجميل بشكل خاص.
