انفجار شفق‌ قطبی در لایه اُزن

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از ایسنا، شفق‌های قطبی نمایش‌های نورانی دیدنی را در آسمان شب پدید می‌آورند، اما طبق پژوهش‌های جدید، آنها همچنین دلیل دیگری را که لایه ازن خورده شده است، روشن می‌کنند.

اگرچه انسان‌ها تقصیر زیادی در تخریب لایه ازن دارند، اما مشاهدات یک نوع شفق به نام "شفق پروتون ایزوله" دلیل تخریب لایه ازن را که از فضا ناشی می‌شود، نشان داده است: ذرات باردار در پلاسما که توسط شراره‌های خورشیدی و پرتاب جرم تاجی به بیرون می‌ریزند، به جویدن لایه ازن ادامه می‌دهند. پیش از این، تأثیر این ذرات به طور مبهم شناخته شده بود.

اکنون یک گروه پژوهشی بین‌المللی دریافته‌اند که اثرات شفق‌های پروتون ایزوله باعث ایجاد حفره‌ای به عرض تقریباً ۴۰۰ کیلومتر(۲۵۰ مایل) در لایه ازن شده است که دقیقاً در زیر محل وقوع شفق شکاف ایجاد کرده است. پژوهشگران می‌گویند بیشترِ ازن در عرض یک و نیم ساعت از بین رفت. آنها در بیانیه‌ای توضیح دادند که انتظار نداشتند در پی این پدیده، ازن به این میزان کاهش یابد.

شفق‌های پروتون ایزوله ممکن است به اندازه شفق‌های شمالی و همتای جنوبی خود زرق و برق‌دار نباشند، اما همچنان برای چشم انسان قابل مشاهده هستند. هجوم پلاسمای آزاد شده توسط خورشید، یون‌ها و الکترون‌های بسیار پرانرژی را با خود می‌آورد. چنین ذراتی در نهایت در کمربندهای تشعشعی ون آلن درونی و بیرونی زمین گرفتار می‌شوند که از بمباران مستقیم سیاره و تبدیل آن به یک زمین بایر نابود شده توسط خورشید مانند مریخ جلوگیری می‌کند.

ذراتی که به کمربند تشعشع داخلی می‌رسند، وقتی به خطوط میدان مغناطیسی وارد می‌شوند، می‌توانند جو زمین را به هم بزنند. اکسیدهای نیتروژن و هیدروژن که در اثر فعل و انفعالات ذرات با اتمسفر آزاد می‌شوند، ازن را تخریب می‌کنند. با این حال، این فقط برای لایه ازن در مزوسفر صدق می‌کند و لایه زیرین یعنی استراتوسفر، بدون ‌تأثیر باقی می‌ماند. با این حال، شفق‌های پروتون ایزوله به روش‌های دیگری بر روی زمین تأثیر می‌گذارند.

پژوهشگران در تشریح یافته‌های خود نوشتند: بارش الکترون از کمربند تشعشعی زمین نقش مهمی در از بین رفتن ازن مزوسفری به‌ عنوان ارتباط بین آب‌ و هوای فضا و سیستم آب‌ و هوایی زمین دارد.

اگرچه آسیب به جا مانده در ازنِ مزوسفر، خود را سریع‌تر از سوراخ‌های ازن استراتوسفر که اغلب در اثر فعالیت‌های انسانی ایجاد می‌شود، ترمیم می‌کند، اما شفق‌های پروتون ایزوله هنوز بر تغییرات جو تأثیر می‌گذارند. آب و هوای فضا می‌تواند باعث اختلال در ماهواره‌ها و زیرساخت‌های الکتریکی شود و ذرات باردار برای فضانوردان خطرناک هستند.

شفق قطبی یکی از پدیده‌های جوی کره زمین است. شفق قطبی پدیده ظهور نورهای رنگین و متحرک در آسمان شب است و معمولاً در عرض‌های نزدیک به دو قطب زمین بر اثر برخورد ذرات باردار باد خورشیدی و یونیزه شدن مولکول‌های موجود در یونوسفر زمین به وجود می‌آید. شفق‌های قطبی نورهای زیبایی‌ هستند که به‌ طور طبیعی در آسمان دیده می‌شوند و معمولاً در شب و در عرض‌های جغرافیایی قطبی به چشم می‌خورند. آنها در یونوسفر تشکیل می‌شوند و در سپیده‌دم قطبی رویت می‌پذیرند. در عرض جغرافیایی قطب شمال به آن‌ها شفق‌های شمالی نیز گفته می‌شود که در سال ۱۶۲۱ توسط پیر گاسندی روی این پدیده طبیعی نهاده شد. به شفق‌های قطبی، نور قطب شمال هم گفته می‌شود، زیرا آنها غالبا در نیم کره شمالی دیده می‌شوند و هر قدر به قطب شمال نزدیک شوید با توجه به مجاورت با قطب مغناطیسی شمالی زمین احتمال بیشتری می‌رود که بتوانید آنها را ببینید. برای نمونه، در شمال شبه جزیره اسکاندیناوی، ایسلند، گرینلند و همین طور در آلاسکا و شهرهای شمالی کانادا و روسیه امکان رویت آن‌ها بسیار زیاد است.

شفق‌های قطبی در نزدیکی قطب مغناطیسی شمالی ممکن است خیلی بالا باشند، ولی در افق شمالی به صورت سبز برافروخته و در صورت طلوع خورشید به صورت سرخ کمرنگ دیده می‌شود. شفق‌های قطبی معمولاً از سپتامبر تا اکتبر و از مارس تا آوریل روی می‌دهند. برخی از قبایل کانادایی به این پدیده "رقص ارواح" می‌گویند. شفق قطبی در طول چرخه خورشیدی و هنگام خروج جرم از تاج خورشیدی پردفعات و درخشنده‌تر مشاهده می‌شود.

لایه ازون یا ازون‌سپهر نیز لایه‌ای‌ است در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین که بسته به شرایط فصلی و آب‌ و هوایی ضخامت آن تغییر می‌کند. این لایه به ضخامت سه میلی‌متر در لایه استراتوسفر جو زمین، با غلظت بالایی از مولکول ازن(O۳) در سال ۱۹۱۳ توسط دو فیزیک‌دان فرانسوی به نام‌های شارل فابری و آنری بویسون کشف شد. این لایه با جذب ۹۵ تا ۹۹.۵ درصد پرتوی فرابنفش خورشید، موجب ادامه زندگی بر روی کره زمین می‌شود. لایه ازن پرتوهای پرانرژی فرابنفش را جذب می‌کند و آنها را به شکل پرتوهای فروسرخ درمی‌آورد و به سطح زمین می‌فرستد.

در اوایل سال ۱۹۳۰، ترکیباتی به نام کلروفلوئوروکربن‌ها(سی‌اف‌سی‌ها) در ایالات متحده آمریکا اختراع‌ شدند و در صنعت و خانه مورد استفاده قرار گرفتند. این ترکیبات به استراتوسفر راه یافتند و عناصر کلر و برم موجود در آن‌ها طی واکنش‌های شیمیایی موجب تخریب تدریجی لایه ازن شدند. لایه ازن به ویژه بر فراز قطب جنوب به شدت کاهش یافته‌ است.

چرخه ازن-اکسیژن بیان می‌کند که پرتوهای فرابنفش به مولکول اکسیژن برخورد می‌کند و پیوند میان مولکول‌های اکسیژن را می‌شکند. اتم‌های حاصل با مولکول اکسیژن دیگری واکنش داده و مولکول ازن را تشکیل می‌دهند. سطح ازن با تغییر فصل‌ها، وزش باد و تغییرات خورشید نیز تغییر می‌یابد. ۱۰ درصد مولکول‌های ازن هواکره در لایه تروپوسفر قرار دارند و بر خلاف ازن موجود در استراتوسفر، آلاینده به‌ شمار می‌آیند و آسیب‌هایی به بافت‌های زیستی انسان و دیگر جانوران می‌رسانند.

اکنون یافته‌های این پژوهش جدید به دانشمندان کمک می‌کند تا نوسانات آب و هوای فضا را پیش‌بینی کنند که احتمالاً بر جو سیاره زمین نیز تأثیر می‌گذارد.

این پژوهش در مجله Scientific Reports منتشر شده است.