عندما أضاءت خطوط متوهجة غامضة من السماء الخضراء الفنلندية في عام 2018 ، لم يلاحظها مطاردو الشفق المتحمس. كان نمط الضوء غير مألوفًا وغريبًا تمامًا ، حيث وصل إلى الأفق مثل مجموعة من الكثبان الرملية السماوية.
من المؤكد أن الضوء الذي أطلق عليه العلماء المواطنون "الكثبان الرملية" تحول إلى نوع جديد من الشفق. تتكون هذه الشفق من الرقص الدرامي لموجات الجاذبية وذرات الأكسجين ، وفقًا لنتائج جديدة نُشرت اليوم (29 يناير) في مجلة AGU Advances.
بدأ طريق الاكتشاف منذ سنوات عندما أرسلت مجموعة من هواة الشفق عبر البريد الإلكتروني مينا بالمروث ، أستاذ فيزياء الفضاء الحسابية في جامعة هلسنكي ، طالبة منها الانضمام إلى مجموعتهم على Facebook. الهدف؟ اطلب من بالمروث شرح الفيزياء وراء الشفق الذي كانوا يصورونه.
كان Palmroth سعيدًا بذلك. بعد فترة ، أدركت أن إجاباتها أصبحت متكررة - لذلك استمرت في نشر دليل الشفق. ولكن في أكتوبر 2018 ، عادت مطاردو الشفق لها بصور لشفق محير.
قال بالمروث لـ Live Science: "ثم أدركت أن لا ... لم أر هذه من قبل". عند النظرة الأولى ، بدت هذه الخطوط نتيجة لموجات الجاذبية ، أو اضطرابات الكثافة في الغلاف الجوي العلوي. يتخلل الغلاف الجوي العلوي العديد من موجات الجاذبية المختلفة التي تعمل في اتجاهات مختلفة وذات ترددات وأحجام مختلفة. لكن هذا التفسير لم يكن ممكنا ، لأن الموجات انتشرت بالتساوي.
لذا نظمت بالمروث وفريقها حملة مساء 7 أكتوبر ، وجمعوا العلماء والمواطنين في جميع أنحاء فنلندا لتصوير الكثبان الرملية. من خلال تحليل هذه الصور ، بدأ الفريق في فهم الفيزياء وراء هذه الظاهرة.
ليست هذه هي المرة الأولى التي يتعرف فيها مطاردو الشفق على ظاهرة سماوية جديدة. اكتشف علماء مواطنون أيضًا توهج السماء الملقب بمودة STEVE في 2018.
قال توشي نيشيمورا ، أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في بوسطن: "تكتسب التعاون مع العلماء المواطنين أهمية متزايدة لأنها يمكن أن تصبح" أجهزة استشعار متنقلة "تطارد الشفق الهوائي بسهولة وتلتقط ميزات جديدة لم يلاحظها العلماء من قبل". مركز الفيزياء الفضائية بالجامعة ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة.
موجات الجاذبية غير المرئية
تنتج الشفق عندما تقذف الشمس الجسيمات المشحونة تجاه كوكبنا. تنتقل هذه الجسيمات على طول خطوط المجال المغناطيسي في أقطاب كوكبنا وتنتقل إلى الذرات والجزيئات في غلافنا الجوي ، مما يتسبب في انبعاث الضوء لهذه الجزيئات. يمكن أن تأتي عروض الضوء المذهلة هذه بأشكال وألوان مختلفة. يتوهج الأكسجين باللون الأخضر والأحمر بينما يتوهج النيتروجين باللون الأزرق والأرجواني ، وفقًا لوكالة ناسا. يستخدم الفلكيون أيضًا شكل الشفق لمعرفة ما يحدث في الغلاف الجوي العلوي حيث يتشكلون.
بينما تمتد معظم الشفق عموديا ، تمتد الكثبان باتجاه خط الاستواء أفقيا في موجات متموجة. وقال بالمروث لم يلاحظ أحد مثل هذا الهيكل الشبيه بالموجة في الشفق من قبل.
يفترض العلماء أن الكثبان الرملية تضيء نوعًا من موجات الجاذبية الجوية النادرة التي تسمى التجاويف المتوسطة. تحدث هذه التجاويف الوسيطة عندما تنحني موجة الجاذبية التي ترتفع في الغلاف الجوي وتتحكم بين طبقتين أكثر برودة نسبيًا من الغلاف الجوي - طبقة الانعكاس ، ارتفاع 49.7 ميل (80 كيلومترًا) ، وخطاب المتوسط ، ارتفاع 62 ميلاً (100 كم) .
في هذه القناة ، تنتشر الموجات أفقياً وعلى مسافات طويلة دون أن تنحسر ، مما يخلق طيات متبادلة إما غنية بالأكسجين أو مستنفدة للأكسجين. عندما تتدفق الإلكترونات من الشمس ، فإن الطيات ذات مستويات الأكسجين العالية تضيء أكثر من الأماكن التي تفتقر إلى الأكسجين ، مما يخلق خطوطًا مميزة.
قال ستيفن ميللر ، نائب مدير المعهد التعاوني للأبحاث في الغلاف الجوي بجامعة ولاية كولورادو ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة: "هذه ملاحظة مثيرة للغاية". "كان أول رد فعل لي عند رؤية الصور هو أن هذه قد تكون موجات جاذبية جوية يتم تسليط الضوء عليها من خلال النشاط الشفقي - يبدو أن هذه هي فرضية المؤلفين أيضًا."
قال ميللر لـ Live Science: "إن مسام الغلاف الجوي يمكن أن تفسر الأنماط التي شوهدت في الكثبان ، ولكن" أعتقد أن "الكثبان الرملية" هي في الواقع مجموعة فرعية من منطقة أكثر انتشارًا بكثير من موجات الجاذبية الجوية التي تصادفها الشفق القطبي ".
باستخدام النجوم في الصور كنقاط مرجعية ، تمكن الفريق من حساب ارتفاع الكثبان الرملية ليبلغ ارتفاعها حوالي 62 ميلاً (100 كم) ، وهو نموذجي للشفق القطبي. لكن هذه المنطقة المدروسة بشكل سيئ من الغلاف الجوي مرتفعة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بالرادارات والبالونات ، وهي منخفضة جدًا بحيث لا يمكن إرسال المركبات الفضائية دون حرقها. وقال بالمروث لذلك يطلق عليه في بعض الأحيان "الجو الجاهل".
وقال بالمروث "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها رصد موجات الجاذبية". "بشكل عام ، فإن المسام ظاهرة نادرة إلى حد ما". وقال بالمروث لكن مراقبة الكثبان الرملية يمكن أن تكشف المزيد عن المسام.
على سبيل المثال ، وجد العلماء أن الكثبان الرملية تحدث في نفس الوقت وفي نفس المنطقة حيث الطاقة الكهرومغناطيسية من نقل الفضاء إلى الغلاف الجوي العلوي ، والتي يشتبه بالمروث في أنها يمكن أن تكون مرتبطة بإنشاء طبقة انقلاب الغلاف المتوسط. وقالت "نريد أن نرى ما إذا كان هذا صحيحا حقا".
