أورورا

صور للشفق القطبي من مختلف أنحاء العالم، بما في ذلك تلك التي تتميز بأضواء حمراء وزرقاء نادرة.

الشفق القطبي ( جمعها: الشفق القطبي أو الأورا ) هو عرض ضوئي طبيعي في الغلاف الجوي العلوي للأرض ، ينتج عن اصطدام جسيمات مشحونة قادمة من الشمس بذرات الغلاف الجوي. تُثير هذه الاصطدامات الأكسجين والنيتروجين ، اللذين يُصدران ضوءًا بألوان مختلفة كالأخضر والأحمر والبنفسجي. ^{[ 1 ]} عند رصده في المناطق ذات خطوط العرض العليا ^{[ 2 ]} يُطلق عليه اسم الأضواء القطبية أو الشفق القطبي الشمالي . في القطب الشمالي يُسمى الأضواء الشمالية أو الشفق القطبي الشمالي ؛ وفي القطب الجنوبي يُستخدم مصطلح الأضواء الجنوبية أو الشفق القطبي الجنوبي . ^{[ 3 ] [ 4 ]} يُظهر الشفق القطبي أنماطًا ديناميكية من الضوء المشع تظهر على شكل ستائر أو أشعة أو حلزونات أو ومضات ديناميكية تُغطي السماء بأكملها. ^{[ 5 ]}

تنتج ظاهرة الشفق القطبي عن اضطرابات في الغلاف المغناطيسي للأرض، ناجمة عن زيادة سرعة الرياح الشمسية الناتجة عن الثقوب الإكليلية والانبعاثات الكتلية الإكليلية . تُغير هذه الاضطرابات مسارات الجسيمات المشحونة في بلازما الغلاف المغناطيسي. تتساقط هذه الجسيمات، وخاصة الإلكترونات والبروتونات ، في الغلاف الجوي العلوي ( الغلاف الحراري / الغلاف الخارجي ). ويؤدي تأين وإثارة مكونات الغلاف الجوي الناتجين إلى انبعاث ضوء بألوان ودرجات متفاوتة. كما يعتمد شكل الشفق القطبي، الذي يظهر ضمن نطاقات حول المنطقتين القطبيتين، على مقدار التسارع الذي تتعرض له الجسيمات المتساقطة.

كما أن الكواكب الأخرى في النظام الشمسي ، والأقزام البنية ، والمذنبات ، وبعض الأقمار الطبيعية ، تستضيف ظاهرة الشفق القطبي. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ظهر مصطلح الشفق القطبي الشمالي (aurora borealis) في وصف بيير غاسيندي عام 1649 لعرض الشفق القطبي الذي كان مرئيًا في جميع أنحاء فرنسا عام 1621. وكان غاسيندي قد قرأ أعمال غاليليو غاليلي ، الذي استخدم المصطلح في كتاباته الواسعة عن الشفق القطبي عام 1619. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ودخل المصطلح اللغة الإنجليزية عام 1828. ^{[ 10 ]}

كلمة "أورورا" مشتقة من اسم إلهة الفجر الرومانية، أورورا ، التي كانت تسافر من الشرق إلى الغرب معلنةً قدوم الشمس . ^{[ 10 ]} استُخدمت كلمة "أورورا" لأول مرة في اللغة الإنجليزية في القرن الرابع عشر. ^{[ 10 ]} أما كلمتا "بورياليس" و "أوستراليس" فهما مشتقتان من اسمي إلهي الرياح الشمالية ( بورياس ) والجنوبية ( أوستر أو أوستراليس ) في الأساطير اليونانية الرومانية القديمة . ^{[ 10 ]}

توصي أدلة الأسلوب الحديثة بكتابة أسماء الظواهر الجوية ، مثل الشفق القطبي، بأحرف صغيرة. ^{[ 11 ]} يُعدّ اسم "الشفق القطبي" الآن صيغة الجمع الأكثر شيوعًا في الولايات المتحدة؛ ^{[ 12 ]} ومع ذلك، فإنّ " الشفق القطبي " هو صيغة الجمع اللاتينية الأصلية، ويستخدمه العلماء غالبًا. في بعض السياقات، يُعتبر الشفق القطبي اسمًا غير معدود، حيث يُشار إلى مشاهدات متعددة باسم "الشفق القطبي".

تُشاهد الشفق القطبي عادةً في "المنطقة الشفقية"، ^{[ 13 ]} وهي نطاق عرضه حوالي 6 درجات (660  كم) في خط العرض، ويتمركز عند خطي عرض 67 درجة شمالاً وجنوباً. ^{[ 14 ]} تُسمى المنطقة التي يظهر فيها الشفق القطبي حالياً "البيضاوي الشفقي". ينزاح هذا البيضاوي بفعل الرياح الشمسية، دافعاً إياه حوالي 15 درجة بعيداً عن القطب المغناطيسي الأرضي (وليس القطب الجغرافي) عند الظهيرة، و23 درجة بعيداً عنه عند منتصف الليل. ^{[ 14 ]} ينزاح أقصى امتداد للبيضاوي باتجاه خط الاستواء قليلاً عن منتصف الليل الجغرافي. ويتمركز على بُعد حوالي 3-5 درجات ليلاً من القطب المغناطيسي، بحيث تصل أقواس الشفق القطبي إلى أقصى مدى لها باتجاه خط الاستواء عندما يكون القطب المغناطيسي المعني بين الراصد والشمس ، وهو ما يُسمى منتصف الليل المغناطيسي .

تأتي الأدلة المبكرة على وجود صلة مغناطيسية أرضية من إحصاءات رصد الشفق القطبي. وقد أثبت إلياس لوميس (1860)، ^{[ 15 ]} ولاحقًا هيرمان فريتز (1881) ^{[ 16 ]} وسوفوس ترومولت (1881) ^{[ 17 ]} بمزيد من التفصيل، أن الشفق القطبي يظهر بشكل رئيسي في منطقة الشفق القطبي.

في خطوط العرض الشمالية ، تُعرف هذه الظاهرة باسم الشفق القطبي الشمالي أو الأضواء الشمالية. أما نظيرها الجنوبي، الشفق القطبي الجنوبي أو الأضواء الجنوبية، فيتميز بخصائص تكاد تكون مطابقة للشفق القطبي الشمالي، ويتغير بالتزامن مع تغيرات منطقة الشفق القطبي الشمالية. ^{[ 18 ]} يُمكن رؤية الشفق القطبي الجنوبي من خطوط العرض الجنوبية العليا في القارة القطبية الجنوبية ، وباتاغونيا ، وجنوب شرق أستراليا ، ونيوزيلندا ، وجزر فوكلاند . بينما يُمكن رؤية الشفق القطبي الشمالي من مناطق حول القطب الشمالي مثل ألاسكا ، وكندا ، وأيسلندا ، وغرينلاند ، وجزر فارو ، والدول الاسكندنافية ، وفنلندا ، واسكتلندا ، وروسيا . وتتسبب العواصف المغناطيسية الأرضية في توسع نطاق الشفق القطبي (شمالاً وجنوباً)، مما يؤدي إلى ظهور الشفق القطبي في خطوط عرض أدنى أو أعلى في الجنوب. في حالات نادرة، يمكن رؤية الشفق القطبي الشمالي في أقصى الجنوب حتى البحر الأبيض المتوسط ​​وشرق آسيا والولايات الجنوبية من الولايات المتحدة، بينما يمكن رؤية الشفق القطبي الجنوبي في أقصى الشمال حتى كاليدونيا الجديدة وجنوب إفريقيا ومنطقة بيلبارا في غرب أستراليا وأوروغواي . ^{[ 19 ]} خلال حدث كارينغتون ، وهو أكبر عاصفة مغناطيسية أرضية تم رصدها على الإطلاق، شوهدت الشفق القطبي حتى في المناطق الاستوائية .

قد تظهر الشفق القطبي داخل المنطقة البيضاوية للشفق القطبي مباشرةً فوق الرأس. ومن مسافة أبعد، تُضيء الأفق القطبي بوهج أخضر، أو أحيانًا بلون أحمر خافت، كما لو كانت الشمس تشرق من اتجاه غير معتاد. كما يظهر الشفق القطبي أيضًا باتجاه القطب خارج منطقة الشفق القطبي على شكل بقع منتشرة أو أقواس، ^{[ 20 ]} والتي قد لا تُرى بالعين المجردة.

مقاطع فيديو للشفق القطبي الجنوبي التقطها طاقم البعثة 28 على متن محطة الفضاء الدولية

تم التقاط هذه السلسلة من اللقطات في 17 سبتمبر 2011 من الساعة 17:22:27 إلى الساعة 17:45:12 بتوقيت غرينتش، أثناء مرور صاعد من جنوب مدغشقر إلى شمال أستراليا فوق المحيط الهندي .

تم التقاط هذه السلسلة من اللقطات في 7 سبتمبر 2011 من الساعة 17:38:03 إلى الساعة 17:49:15 بتوقيت غرينتش، من الأراضي الفرنسية الجنوبية والقطبية الجنوبية في جنوب المحيط الهندي إلى جنوب أستراليا.

تم التقاط هذه السلسلة من اللقطات في 11 سبتمبر 2011 من الساعة 13:45:06 إلى الساعة 14:01:51 بتوقيت غرينتش، من ممر هابط بالقرب من شرق أستراليا، ثم الالتفاف إلى ممر صاعد إلى شرق نيوزيلندا .

خرائط الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) لأمريكا الشمالية وأوراسيا

أمريكا الشمالية

أوراسيا

تُظهر هذه الخرائط الحدود المحلية للشفق القطبي باتجاه خط الاستواء عند منتصف الليل، وذلك عند مستويات مختلفة من النشاط الجيومغناطيسي اعتبارًا من 28 أكتوبر 2011. وتتغير هذه الخرائط بتغير موقع الأقطاب الجيومغناطيسية. يشير مؤشر _{K p} = 3 إلى مستويات منخفضة نسبيًا من النشاط الجيومغناطيسي، بينما يمثل K _p = 9 مستويات عالية.

تُشاهد الشفق القطبي أحيانًا في خطوط العرض الواقعة أسفل منطقة الشفق القطبي عندما تُوسّع عاصفة مغناطيسية أرضية مؤقتًا شكل الشفق القطبي. وتكثر العواصف المغناطيسية الأرضية الكبيرة خلال ذروة دورة البقع الشمسية التي تستغرق 11 عامًا أو خلال السنوات الثلاث التي تليها. ^{[ 21 ] [ 22 ]} يدور الإلكترون حلزونيًا حول خط المجال بزاوية تُحددها متجهات سرعته، الموازية والعمودية، على التوالي، لمتجه المجال المغناطيسي الأرضي المحلي B. تُعرف هذه الزاوية باسم "زاوية ميل" الجسيم. تُعرف المسافة، أو نصف قطر، الإلكترون من خط المجال في أي وقت بنصف قطر لارمور . تزداد زاوية الميل كلما انتقل الإلكترون إلى منطقة ذات شدة مجال أكبر بالقرب من الغلاف الجوي. وبالتالي، من الممكن لبعض الجسيمات أن تعود، أو تنعكس، إذا أصبحت الزاوية 90 درجة قبل دخول الغلاف الجوي للاصطدام بالجزيئات الأكثر كثافة هناك. تدخل جسيمات أخرى لا تعكس الضوء الغلاف الجوي وتساهم في ظهور الشفق القطبي على ارتفاعات مختلفة. وقد رُصدت أنواع أخرى من الشفق القطبي من الفضاء؛ على سبيل المثال، "الأقواس القطبية" الممتدة باتجاه الشمس عبر القطب الشمالي، و"شفق ثيتا" المرتبط بها، ^{[ 23 ]} و"أقواس النهار" قرب الظهيرة. هذه الظواهر نادرة نسبيًا وغير مفهومة جيدًا. وتحدث تأثيرات أخرى مثيرة للاهتمام مثل الشفق النابض، و"الشفق الأسود"، و"الشفق الأسود المضاد" النادر، والأقواس الحمراء شبه المرئية. إضافة إلى كل هذا، يُلاحظ توهج خافت (غالبًا ما يكون أحمر داكنًا) حول طرفي القطب، حيث تفصل خطوط المجال المغناطيسي بين الشفق الذي ينغلق عبر الأرض وتلك التي تُجرف إلى الذيل وتغلق بعيدًا.

النماذج

وفقًا لكلارك (2007)، هناك خمسة أشكال رئيسية يمكن رؤيتها من الأرض، من الأقل وضوحًا إلى الأكثر وضوحًا: ^{[ 26 ]}

• توهج خفيف قرب الأفق. قد يكون هذا التوهج قريباً من حدود الرؤية، ^{[ 27 ]} ولكن يمكن تمييزه عن السحب المقمرة لأن النجوم يمكن رؤيتها بوضوح من خلال هذا التوهج.
• بقع أو أسطح تشبه الغيوم.
• أقواس منحنية عبر السماء.
• الأشعة عبارة عن خطوط فاتحة وداكنة تمتد عبر الأقواس، وترتفع إلى أعلى بمقادير مختلفة.
• تغطي الهالات الشمسية جزءاً كبيراً من السماء وتتفرع من نقطة واحدة فيها.

وصف بريك (1994) بعض الشفق القطبي بأنه "ستائر". ^{[ 28 ]} ويتعزز هذا التشابه بوجود طيات داخل الأقواس. قد تتفتت الأقواس أو تنقسم إلى أشكال منفصلة، ​​تتغير أحيانًا بسرعة، وغالبًا ما تكون شعاعية، وقد تملأ السماء بأكملها. تُعرف هذه أيضًا باسم الشفق القطبي المنفصل ، والذي يكون ساطعًا بما يكفي أحيانًا لقراءة صحيفة ليلًا. ^{[ 29 ]}

تتفق هذه الأشكال مع كون الشفق القطبي يتشكل بفعل المجال المغناطيسي للأرض. وتتحدد مظاهر الأقواس والأشعة والستائر والهالات بأشكال الأجزاء المضيئة من الغلاف الجوي وموقع المشاهد . ^{[ 30 ]}

ألوان وأطوال موجات ضوء الشفق القطبي

• الأحمر: عند أعلى ارتفاعاته، ينبعث من ذرات الأكسجين المثارة  ضوء أحمر بطول موجي 630 نانومتر؛ ونظرًا لانخفاض تركيز الذرات وقلة حساسية العين لهذا الطول الموجي، لا يُرى هذا اللون إلا في ظل نشاط شمسي مكثف. ويُعزى ظهور الأجزاء العلوية من "الستائر" الخافتة إلى قلة عدد ذرات الأكسجين وتناقص تركيزها تدريجيًا. وتُعدّ درجات اللون القرمزي والأحمر الداكن والقرمزي الداكن من أكثر درجات اللون الأحمر شيوعًا في الشفق القطبي. ^{[ 31 ]}
• اللون الأخضر: عند الارتفاعات المنخفضة، تُقلل التصادمات المتكررة من  نمط 630 نانومتر (الأحمر)،  ليُهيمن بدلاً منه انبعاث 557.7 نانومتر (الأخضر). ويُعزى شيوع الشفق القطبي الأخضر إلى التركيز العالي نسبيًا للأكسجين الذري وحساسية العين العالية للون الأخضر. ويلعب النيتروجين الجزيئي المُثار (حيث يُعد النيتروجين الذري نادرًا نظرًا لاستقرار جزيء N2 العالي ₎ دورًا في ذلك، إذ يُمكنه نقل الطاقة عن طريق التصادم مع ذرة أكسجين، والتي بدورها تُشعّها عند الطول الموجي الأخضر. (كما يُمكن أن يختلط اللونان الأحمر والأخضر معًا لإنتاج درجات لونية وردية أو صفراء).  ويُعزى المظهر الحاد لحواف الشفق القطبي السفلية إلى الانخفاض السريع في تركيز الأكسجين الذري تحت حوالي 100 كيلومتر.  ويتوافق كل من الطولين الموجيين 557.7 و630.0 نانومتر مع انتقالات محظورة للأكسجين الذري، وهي آلية بطيئة مسؤولة عن التدرج (0.7  ثانية و107  ثانية على التوالي) في التوهج والتلاشي. ^{[ 32 ]}

• الأزرق: على ارتفاعات أدنى، يكون الأكسجين الذري نادرًا، ويتولى النيتروجين الجزيئي والنيتروجين الجزيئي المتأين زمام إنتاج انبعاثات الضوء المرئي، حيث يشعّان بأطوال موجية متعددة في كلٍّ من جزئي الطيف الأحمر والأزرق، مع  هيمنة الطول الموجي 428 نانومتر (الأزرق). وتظهر الانبعاثات الزرقاء والبنفسجية، عادةً عند الحواف السفلية لـ"الستائر"، في أعلى مستويات النشاط الشمسي. ^{[ 33 ]} وتكون انتقالات النيتروجين الجزيئي أسرع بكثير من انتقالات الأكسجين الذري.
• الأبيض/المتصل: لوحظ انبعاث شفق أبيض (يظهر غالبًا بلون بنفسجي) في طيف ألوان STEVE ^{[ 34 ]} ، وداخل الشفق في الشكل البيضاوي وعلى الحافة القطبية ^{[ 35 ] [ 36 ]} . ويعود اللون الأبيض إلى طيف شبه متصل لهذه الأشكال الشفقية، والذي يحتوي على انبعاث بجميع الألوان في النطاق البصري، وقد رُصد باستخدام أجهزة مطيافية متنوعة.
• الأشعة فوق البنفسجية: رُصدت الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشفق القطبي (ضمن النافذة البصرية ولكنها غير مرئية للعين البشرية) باستخدام المعدات اللازمة. كما شوهدت الشفق القطبي فوق البنفسجي على المريخ والمشتري وزحل. ^{[ 37 ]}
• الأشعة تحت الحمراء: يُعدّ الإشعاع تحت الأحمر، بأطوال موجية تقع ضمن النافذة البصرية، جزءًا من العديد من الشفق القطبي. ^{[ 37 ] [ 38 ]}
• الأصفر والوردي مزيج من الأحمر والأخضر أو ​​الأزرق. الشفق القطبي الأصفر والوردي نادر نسبيًا ويرتبط بنشاط شمسي عالٍ. ^{[ 39 ]} قد تُرى درجات أخرى من الأحمر، بالإضافة إلى البرتقالي والذهبي، في مناسبات نادرة. بما أن الأحمر والأخضر والأزرق ألوان مستقلة خطيًا، فإن التركيب التجميعي يُمكنه، نظريًا، إنتاج معظم الألوان التي يراها الإنسان، لكن الألوان المذكورة في هذه المقالة تُشكل قائمة شاملة تقريبًا.

يتغير مع مرور الوقت

تتغير الشفق القطبي بمرور الوقت. فخلال الليل، يبدأ بتوهج ثم يتطور نحو الهالة، وإن لم يصل إليها. ويميل إلى التلاشي بترتيب عكسي. ^{[ 28 ]} وحتى عام 1963 تقريبًا، كان يُعتقد أن هذه التغيرات ناتجة عن دوران الأرض وفق نمط ثابت بالنسبة للشمس. لاحقًا، وبمقارنة صور الشفق القطبي من مواقع مختلفة (التي جُمعت خلال السنة الجيوفيزيائية الدولية ) تبين أنه غالبًا ما يخضع لتغيرات شاملة في عملية تُسمى العاصفة الشفقية الفرعية . إذ يتحول في غضون دقائق من أقواس هادئة على طول المنطقة البيضاوية للشفق القطبي إلى عروض نشطة على الجانب المظلم، وبعد ساعة إلى ثلاث ساعات يعود تدريجيًا إلى حالته الأصلية. ^{[ 40 ]} وتُصوَّر تغيرات الشفق القطبي بمرور الوقت عادةً باستخدام مخططات الكيوجرام . ^{[ 41 ]}

على نطاقات زمنية أقصر، يمكن أن تتغير مظاهر الشفق القطبي وشدته، أحيانًا ببطء شديد يصعب ملاحظته، وأحيانًا أخرى بسرعة تصل إلى أجزاء من الثانية. ^{[ 29 ]} تُعد ظاهرة الشفق القطبي النابض مثالًا على تغيرات الشدة على نطاقات زمنية قصيرة، عادةً بفترات تتراوح بين 2 و20 ثانية. ويصاحب هذا النوع من الشفق القطبي عمومًا انخفاض في ذروة ارتفاعات الانبعاث إلى حوالي 8  كيلومترات للانبعاثات الزرقاء والخضراء، وسرعات رياح شمسية أعلى من المتوسط ​​( حوالي 500  كيلومتر/ثانية ). ^{[ 42 ]}

لا يزال فهمنا الكامل للعمليات الفيزيائية التي تؤدي إلى أنواع مختلفة من الشفق القطبي غير مكتمل، لكن السبب الأساسي يكمن في تفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي للأرض . وتُنتج شدة الرياح الشمسية المتفاوتة تأثيرات متفاوتة الشدة، ولكنها تشمل سيناريو فيزيائيًا واحدًا أو أكثر من السيناريوهات التالية.

1. تتفاعل الرياح الشمسية الهادئة المتدفقة عبر الغلاف المغناطيسي للأرض باستمرار معه، ويمكنها حقن جزيئات الرياح الشمسية مباشرةً على خطوط المجال المغناطيسي الأرضي "المفتوحة"، على عكس كونها "مغلقة" في نصف الكرة الأرضية المقابل، مما يوفر انتشارًا عبر موجة الصدمة الأمامية . كما يمكنها أن تتسبب في ترسب الجزيئات المحتجزة بالفعل في أحزمة الإشعاع في الغلاف الجوي. بمجرد فقدان الجزيئات إلى الغلاف الجوي من أحزمة الإشعاع، في ظل ظروف هادئة، تحل محلها جزيئات جديدة ببطء شديد، وينضب مخروط الفقد. أما في ذيل الغلاف المغناطيسي، فيبدو أن مسارات الجزيئات تتغير باستمرار، ربما عندما تعبر الجزيئات المجال المغناطيسي الضعيف جدًا بالقرب من خط الاستواء. ونتيجة لذلك، يكون تدفق الإلكترونات في تلك المنطقة متساويًا تقريبًا في جميع الاتجاهات ("متساوي الخواص")، مما يضمن إمدادًا ثابتًا من الإلكترونات المتسربة. لا يؤدي تسرب الإلكترونات إلى ترك الذيل مشحونًا بشحنة موجبة، لأن كل إلكترون متسرب إلى الغلاف الجوي يُستبدل بإلكترون منخفض الطاقة يُسحب لأعلى من طبقة الأيونوسفير . إن استبدال الإلكترونات "الساخنة" بالإلكترونات "الباردة" يتوافق تماماً مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية . أما العملية الكاملة، التي تولد أيضاً تياراً كهربائياً حلقياً حول الأرض، فلا تزال غير مؤكدة.
2. يُسبب الاضطراب الجيومغناطيسي الناتج عن زيادة قوة الرياح الشمسية تشوهات في ذيل الغلاف المغناطيسي ("عواصف مغناطيسية فرعية"). وتحدث هذه "العواصف الفرعية" عادةً بعد فترات طويلة (تصل إلى ساعات) يكون فيها للمجال المغناطيسي بين الكواكب مركبة جنوبية ملحوظة. يؤدي هذا إلى زيادة معدل الترابط بين خطوط المجال المغناطيسي بين الكواكب وخطوط مجال الأرض. ونتيجةً لذلك، تنقل الرياح الشمسية التدفق المغناطيسي (أنابيب خطوط المجال المغناطيسي، "المرتبطة" بالبلازما الموجودة فيها) من الجانب النهاري للأرض إلى ذيل الغلاف المغناطيسي، مما يُوسع العائق الذي يُشكله أمام تدفق الرياح الشمسية ويُضيّق الذيل على الجانب الليلي. وفي النهاية، قد ينفصل جزء من بلازما الذيل (" إعادة الاتصال المغناطيسي ")؛ وتُدفع بعض الكتل (" البلازمويدات ") باتجاه مجرى الرياح الشمسية؛ بينما تُدفع كتل أخرى باتجاه الأرض حيث تُغذي حركتها انفجارات قوية للشفق القطبي، خاصةً حول منتصف الليل ("عملية التفريغ"). تُضيف العاصفة المغناطيسية الأرضية الناتجة عن زيادة التفاعل المزيد من الجسيمات إلى البلازما المحصورة حول الأرض، مما يُؤدي أيضًا إلى تعزيز "التيار الحلقي". في بعض الأحيان، قد يكون التعديل الناتج في المجال المغناطيسي للأرض قويًا لدرجة أنه يُنتج شفقًا قطبيًا مرئيًا في خطوط العرض المتوسطة، على خطوط المجال الأقرب إلى خط الاستواء من تلك الموجودة في منطقة الشفق القطبي.

   

3. يصاحب اضطراب الغلاف المغناطيسي، الذي يُسبب الشفق القطبي، تسارع الجسيمات المشحونة في الشفق القطبي. هذه الآلية، التي يُعتقد أنها تنشأ في الغالب من مجالات كهربائية قوية على طول المجال المغناطيسي أو من تفاعلات الموجات مع الجسيمات، تزيد من سرعة الجسيم في اتجاه المجال المغناطيسي الموجه. وبالتالي، تقل زاوية ميله، مما يزيد من احتمالية تساقطه في الغلاف الجوي. تُساهم كل من الموجات الكهرومغناطيسية والموجات الكهروستاتيكية، التي تتولد أثناء الاضطرابات الجيومغناطيسية الكبيرة، بشكل كبير في عمليات تنشيط الشفق القطبي. يوفر تسارع الجسيمات عملية وسيطة معقدة لنقل الطاقة من الرياح الشمسية بشكل غير مباشر إلى الغلاف الجوي.

لا تزال تفاصيل هذه الظواهر غير مفهومة تماماً. ومع ذلك، من الواضح أن المصدر الرئيسي لجزيئات الشفق القطبي هو الرياح الشمسية التي تغذي الغلاف المغناطيسي، وهو الخزان الذي يحتوي على مناطق الإشعاع والجزيئات المحصورة مغناطيسياً مؤقتاً بفعل المجال المغناطيسي الأرضي، بالإضافة إلى عمليات تسارع الجسيمات. ^{[ 63 ]}

تُغمر الأرض باستمرار بالرياح الشمسية ، وهي عبارة عن تدفق من البلازما الساخنة الممغنطة (غاز من الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة) تنبعث من الشمس في جميع الاتجاهات، نتيجة لدرجة حرارة الطبقة الخارجية للشمس، الإكليل الشمسي، التي تصل إلى مليوني درجة . تصل الرياح الشمسية إلى الأرض بسرعة تبلغ حوالي 400  كم/ث، وكثافة حوالي 5 أيونات/سم³ ^، وشدة مجال مغناطيسي تتراوح بين 2 و5 نانوتسلا (للمقارنة، يبلغ المجال المغناطيسي لسطح الأرض عادةً 30,000-50,000 نانوتسلا). خلال العواصف المغناطيسية ، على وجه الخصوص، يمكن أن تكون سرعة التدفقات أسرع بعدة مرات؛ وقد يكون المجال المغناطيسي بين الكواكب أقوى بكثير أيضًا. استنتجت جوان فاينمان في سبعينيات القرن الماضي أن المتوسطات طويلة المدى لسرعة الرياح الشمسية ترتبط بالنشاط المغناطيسي الأرضي. ^{[ 78 ]} وقد نتج عملها عن بيانات جمعتها المركبة الفضائية إكسبلورر 33 .

تتكون الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي من البلازما (غاز متأين) الموصلة للكهرباء. من المعروف (منذ أعمال مايكل فاراداي حوالي عام 1830) أنه عند وضع موصل كهربائي داخل مجال مغناطيسي، مع حدوث حركة نسبية في اتجاه يقطع فيه الموصل خطوط المجال المغناطيسي (أو يقطعه المجال المغناطيسي )، بدلاً من أن يقطعها ، يتولد تيار كهربائي داخل الموصل. تعتمد شدة التيار على: أ) معدل الحركة النسبية، ب) شدة المجال المغناطيسي، ج) عدد الموصلات المتصلة ببعضها، د) المسافة بين الموصل والمجال المغناطيسي، بينما يعتمد اتجاه التدفق على اتجاه الحركة النسبية. تستغل الديناموهات هذه العملية الأساسية (" تأثير الدينامو ")، وتتأثر جميع الموصلات، الصلبة منها وغير الصلبة، بما في ذلك البلازما والسوائل الأخرى.

ينشأ المجال المغناطيسي بين الكواكب على سطح الشمس، ويرتبط بالبقع الشمسية ، وتُسحب خطوطه (خطوط القوة) بفعل الرياح الشمسية. هذا وحده كفيل بجعلها تصطف في اتجاه الشمس-الأرض، لكن دوران الشمس يُغيّر زاوية هذه الخطوط عند الأرض بنحو 45 درجة، مُشكّلاً حلزونًا في مستوى مسار الشمس الظاهري، يُعرف باسم حلزون باركر . ولذلك، ترتبط خطوط المجال التي تمر بالأرض عادةً بتلك القريبة من الحافة الغربية ("الحافة") للشمس المرئية في أي وقت. ^{[ 79 ]}

من المفترض أن يكون بإمكان الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي، باعتبارهما سائلين موصلين للكهرباء في حركة نسبية، توليد تيارات كهربائية بفعل الدينامو ونقل الطاقة من تدفق الرياح الشمسية. إلا أن هذه العملية تتعثر بسبب سهولة توصيل البلازما للكهرباء على طول خطوط المجال المغناطيسي، بينما يقل توصيلها عموديًا عليها. لذا، يتم نقل الطاقة بكفاءة أكبر عبر الاتصال المغناطيسي المؤقت بين خطوط مجال الرياح الشمسية وخطوط مجال الغلاف المغناطيسي. ومن البديهي أن هذه العملية تُعرف بإعادة الاتصال المغناطيسي . وكما ذُكر سابقًا، تحدث هذه العملية بسهولة أكبر عندما يكون المجال بين الكواكب متجهًا جنوبًا، في اتجاه مشابه للمجال المغناطيسي الأرضي في المناطق الداخلية لكل من القطب المغناطيسي الشمالي والقطب المغناطيسي الجنوبي .

تزداد الشفق القطبي تواتراً وسطوعاً خلال المرحلة المكثفة من الدورة الشمسية عندما تزيد الانبعاثات الكتلية الإكليلية من شدة الرياح الشمسية. ^{[ 80 ]}

الغلاف المغناطيسي

يتشكل الغلاف المغناطيسي للأرض بفعل تأثير الرياح الشمسية على مجالها المغناطيسي. ويُشكل هذا التأثير عائقًا أمام تدفق المجال المغناطيسي، مُحوِّلًا مساره على مسافة متوسطة تبلغ حوالي 70,000  كيلومتر (11 ضعف نصف قطر الأرض أو R _{_e} )، ^{[ 81 ]} مُنتجًا موجة صدمية أمامية على بُعد يتراوح بين 12,000  و15,000  كيلومتر (1.9 إلى 2.4 ضعف نصف _{قطر الأرض} ) باتجاه المنبع. ويبلغ عرض الغلاف المغناطيسي بمحاذاة الأرض عادةً 190,000  كيلومتر (30 ضعف نصف _{قطر الأرض} )، وعلى الجانب المظلم، يمتد ذيل مغناطيسي طويل من خطوط المجال المتمددة لمسافات شاسعة (> 200 ضعف نصف _{قطر الأرض} ).

يمتلئ الغلاف المغناطيسي في خطوط العرض العليا بالبلازما مع مرور الرياح الشمسية بالأرض. ويزداد تدفق البلازما إلى الغلاف المغناطيسي مع ازدياد الاضطراب والكثافة والسرعة في الرياح الشمسية. ويُعزز هذا التدفق وجود مركبة جنوبية للمجال المغناطيسي بين الكواكب، والتي يمكنها الاتصال مباشرةً بخطوط المجال المغناطيسي الأرضي في خطوط العرض العليا. ^{[ 82 ]} يتجه نمط تدفق بلازما الغلاف المغناطيسي بشكل رئيسي من ذيل الغلاف المغناطيسي نحو الأرض، ثم يدور حولها ويعود إلى الرياح الشمسية عبر الغلاف المغناطيسي على الجانب النهاري. وبالإضافة إلى تحركها عموديًا على المجال المغناطيسي للأرض، تنتقل بعض بلازما الغلاف المغناطيسي إلى أسفل على طول خطوط المجال المغناطيسي للأرض، مكتسبةً طاقة إضافية، ثم تفقدها في الغلاف الجوي في المناطق الشفقية. وتسمح عتبات الغلاف المغناطيسي، التي تفصل خطوط المجال المغناطيسي الأرضي التي تنغلق عبر الأرض عن تلك التي تنغلق بعيدًا عنها، بوصول كمية صغيرة من الرياح الشمسية مباشرةً إلى أعلى الغلاف الجوي، مما يُنتج توهجًا شفقيًا.

في 26 فبراير 2008، تمكنت مجسات THEMIS ، ولأول مرة، من تحديد الحدث المحفز لبدء العواصف المغناطيسية الفرعية . ^{[ 83 ]} رصد اثنان من المجسات الخمسة، الموضوعة على بعد ثلث المسافة تقريبًا إلى القمر، أحداثًا تشير إلى حدوث إعادة اتصال مغناطيسي قبل 96 ثانية من تكثيف الشفق القطبي. ^{[ 84 ]}

قد تحدث العواصف المغناطيسية الأرضية التي تُشعل الشفق القطبي بشكل متكرر خلال الأشهر المحيطة بالاعتدالين . ورغم أن هذا الأمر غير مفهوم تمامًا، إلا أن العواصف المغناطيسية الأرضية قد تختلف باختلاف فصول الأرض. ومن العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار ميل محور كل من الشمس والأرض بالنسبة لمستوى مسار الشمس. فبينما تدور الأرض حول محورها على مدار العام، فإنها تتعرض لمجال مغناطيسي بين الكواكب (IMF) من خطوط عرض مختلفة للشمس، مائل بزاوية 8 درجات. وبالمثل، فإن ميل محور الأرض بزاوية 23 درجة، والذي يدور حوله القطب المغناطيسي الأرضي بتغير يومي، يُغير متوسط ​​الزاوية اليومية التي يُشكلها المجال المغناطيسي الأرضي على المجال المغناطيسي بين الكواكب الساقط على مدار العام. ويمكن أن تؤدي هذه العوامل مجتمعة إلى تغيرات دورية طفيفة في الطريقة التي يرتبط بها المجال المغناطيسي بين الكواكب بالغلاف المغناطيسي. وهذا بدوره يؤثر على الطاقة التي تصل من الرياح الشمسية إلى الغلاف المغناطيسي الداخلي للأرض، وبالتالي يُعزز ظهور الشفق القطبي. وقد أظهرت أدلة حديثة في عام 2021 أن العواصف المغناطيسية الفرعية المنفصلة قد تكون في الواقع عبارة عن شبكات مترابطة. ^{[ 85 ]}

تم رصد الشفق القطبي على جميع الكواكب ذات المجالات المغناطيسية؛ الآلية الفيزيائية واحدة ولكن العواقب قد تكون مختلفة تمامًا. ^{[ 86 ]}

يمتلك كل من كوكب المشتري وزحل مجالين مغناطيسيين أقوى من مجال الأرض (تبلغ قوة المجال الاستوائي للمشتري 4.3 غاوس ، مقارنةً بـ 0.3 غاوس للأرض)، وكلاهما يمتلك أحزمة إشعاعية واسعة. وقد رُصدت ظاهرة الشفق القطبي على كلا الكوكبين الغازيين، وبشكل أوضح باستخدام تلسكوب هابل الفضائي ، ومركبتي كاسيني وغاليليو الفضائيتين ، بالإضافة إلى رصدها على كوكبي أورانوس ونبتون . ^{[ 87 ]}

يبدو أن الشفق القطبي على زحل، مثله مثل الشفق القطبي على الأرض، يستمد طاقته من الرياح الشمسية. إلا أن شفق المشتري القطبي أكثر تعقيدًا. يرتبط الشكل البيضاوي الرئيسي للشفق القطبي على المشتري بالبلازما الناتجة عن القمر البركاني آيو ، وانتقال هذه البلازما داخل الغلاف المغناطيسي للكوكب . ويُعتقد أن جزءًا غير محدد من شفق المشتري القطبي يستمد طاقته من الرياح الشمسية. إضافةً إلى ذلك، تُعد الأقمار، وخاصةً آيو، مصادر قوية للشفق القطبي. ينشأ هذا الشفق من تيارات كهربائية على طول خطوط المجال المغناطيسي ("التيارات المحاذية للمجال")، والتي تتولد بفعل آلية دينامو نتيجة الحركة النسبية بين الكوكب الدوار والقمر المتحرك. يُعد آيو، الذي يتميز بنشاط بركاني وغلاف أيوني، مصدرًا قويًا بشكل خاص، كما تُولد تياراته انبعاثات راديوية، والتي دُرست منذ عام 1955. وباستخدام تلسكوب هابل الفضائي، رُصد الشفق القطبي فوق آيو، وأوروبا، وجانيميد.

لوحظت ظاهرة الشفق القطبي أيضًا على كوكب الزهرة والمريخ . لا يمتلك كوكب الزهرة مجالًا مغناطيسيًا ، لذا يظهر الشفق القطبي الزهري على شكل بقع ساطعة ومنتشرة ذات أشكال ودرجات شدة متفاوتة، موزعة أحيانًا على كامل قرص الكوكب. ^{[ 88 ]} ينشأ الشفق القطبي الزهري عندما تصطدم الإلكترونات القادمة من الرياح الشمسية بالغلاف الجوي للجانب المظلم من الكوكب.

رُصد شفق قطبي على سطح المريخ في 14 أغسطس/آب 2004، بواسطة جهاز SPICAM على متن مركبة Mars Express . كان الشفق القطبي متمركزًا في منطقة Terra Cimmeria ، عند خط عرض 177° شرقًا وخط طول 52° جنوبًا. بلغ قطر منطقة الانبعاث حوالي 30  كيلومترًا، وارتفاعها حوالي 8  كيلومترات. وبتحليل خريطة الشذوذات المغناطيسية للقشرة، التي جُمعت باستخدام بيانات من مركبة Mars Global Surveyor ، لاحظ العلماء أن منطقة الانبعاث تتطابق مع منطقة يتركز فيها أقوى مجال مغناطيسي. يشير هذا التطابق إلى أن مصدر انبعاث الضوء هو تدفق الإلكترونات على طول الخطوط المغناطيسية للقشرة، مما يُثير الغلاف الجوي العلوي للمريخ. ^{[ 87 ] [ 89 ]}

رُصدت ظاهرة الشفق القطبي بالأشعة السينية على سطح عطارد بواسطة مهمتي مارينر 10 وميسنجر ، ^{[ 90 ]} إلا أنه نظرًا لرقة الغلاف الجوي الخارجي لعطارد، فإن هذه الانبعاثات تحدث على سطحه وليس في غلافه الجوي. وفي عام 2023، رصدت مهمة بيبى كولومبو موجات كهرومغناطيسية تتولد على بُعد 1200 كيلومتر من سطح عطارد، مُشتتةً إلكترونات يُعتقد أنها تُولد الشفق القطبي بالأشعة السينية. ^{[ 91 ]}

بين عامي 2014 و2016، رُصدت أضواء الشفق القطبي على المذنب 67P/تشوريوموف-جيراسيمينكو بواسطة أجهزة متعددة على متن المركبة الفضائية روزيتا . ^{[ 92 ]} رُصدت هذه الأضواء عند أطوال موجية فوق بنفسجية بعيدة . وكشفت عمليات رصد الغلاف الغازي عن انبعاثات ذرية للهيدروجين والأكسجين ناتجة عن التفكك الضوئي (وليس التأين الضوئي ، كما هو الحال في أضواء الشفق القطبي الأرضية) لجزيئات الماء في غلاف المذنب. ويعزى ظهور الشفق القطبي إلى تفاعل الإلكترونات المتسارعة القادمة من الرياح الشمسية مع جزيئات الغاز في الغلاف الغازي. ولأن المذنب 67P لا يمتلك مجالًا مغناطيسيًا، فإن الشفق القطبي ينتشر بشكل غير منتظم حوله. ^{[ 93 ]}

يُعتقد أن الكواكب الخارجية ، مثل كواكب المشتري الحارة ، تتعرض للتأين في طبقاتها الجوية العليا، مما يؤدي إلى ظهور شفق قطبي يتأثر بالطقس في طبقاتها المضطربة . ^{[ 94 ]} ومع ذلك، لم يتم رصد أي شفق قطبي على كوكب خارجي حتى الآن.

اكتُشفت أولى الشفق القطبي خارج المجموعة الشمسية في يوليو 2015 فوق النجم القزم البني LSR J1835+3259 . ^{[ 95 ]} وُجد أن الشفق القطبي، ذو اللون الأحمر في الغالب، أشد سطوعًا بمليون مرة من الشفق القطبي الشمالي، نتيجة تفاعل الجسيمات المشحونة مع الهيدروجين في الغلاف الجوي. يُعتقد أن الرياح النجمية قد تكون بصدد انتزاع مواد من سطح القزم البني لتكوين إلكتروناتها الخاصة. تفسير آخر محتمل للشفق القطبي هو أن جسمًا لم يُرصد بعد يدور حول النجم القزم يُطلق موادًا، كما هو الحال مع كوكب المشتري وقمره آيو. ^{[ 96 ]}

أشار اكتشاف مذكرات يابانية تعود لعام 1770 في عام 2017، والتي تصوّر الشفق القطبي فوق العاصمة اليابانية القديمة كيوتو، إلى أن العاصفة ربما كانت أكبر بنسبة 7% من حدث كارينغتون ، الذي أثّر على شبكات التلغراف. ^{[ 97 ] [ 98 ]}

يُعتقد أن الشفق القطبي الناتج عن حدث كارينغتون في 28 أغسطس و2 سبتمبر 1859 هو الأكثر روعة في التاريخ الحديث. في ورقة بحثية قُدّمت إلى الجمعية الملكية في 21 نوفمبر 1861، وصف بلفور ستيوارت كلا الحدثين الشفقيين كما وثّقهما جهاز تسجيل مغناطيسي ذاتي في مرصد كيو ، وأثبت الصلة بين عاصفة الشفق القطبي في 2 سبتمبر 1859 وحدث كارينغتون -هودجسون عندما لاحظ أنه "ليس من المستحيل افتراض أن نجمنا قد تم تصويره متلبسًا في هذه الحالة " . ^{[ 99 ]} كان الحدث الشفقي الثاني، الذي وقع في 2 سبتمبر 1859، نتيجةً لانبعاث الكتلة الإكليلية (غير المرئي) المصاحب للتوهج الشمسي الأبيض كارينغتون-هودجسون شديد الكثافة في 1 سبتمبر 1859. وقد أنتج هذا الحدث شفقًا شمسيًا واسع الانتشار وشديد السطوع لدرجة أنه شوهد ووُثِّق في قياسات علمية منشورة، وسجلات السفن، والصحف في جميع أنحاء الولايات المتحدة وأوروبا واليابان وأستراليا. وذكرت صحيفة نيويورك تايمز أن الشفق في بوسطن يوم الجمعة 2 سبتمبر 1859 كان "شديد السطوع لدرجة أنه في حوالي الساعة الواحدة ظهرًا كان من الممكن قراءة المطبوعات العادية بفضل ضوئه". ^{[ 100 ]} كانت الساعة الواحدة ظهرًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم الجمعة 2 سبتمبر تعادل الساعة السادسة صباحًا بتوقيت غرينتش؛ وكان جهاز التسجيل المغناطيسي ذاتي التسجيل في مرصد كيو يسجل العاصفة المغناطيسية الأرضية ، التي كانت قد مضى عليها ساعة واحدة آنذاك، بكامل شدتها. بين عامي 1859 و1862، نشر إلياس لوميس سلسلة من تسع أوراق بحثية حول المعرض الشفقي العظيم لعام 1859 في المجلة الأمريكية للعلوم، حيث جمع تقارير من جميع أنحاء العالم عن حدث الشفق القطبي. ^{[ 15 ]}

يُعتقد أن هذا الشفق القطبي قد نتج عن أحد أقوى الانبعاثات الكتلية الإكليلية في التاريخ. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه أول ربط واضح بين ظاهرتي النشاط الشفقي والكهرباء. وقد أُتيح هذا الاكتشاف ليس فقط بفضل قياسات المغناطيسية العلمية في ذلك العصر، بل أيضًا نتيجةً لانقطاع جزء كبير من خطوط التلغراف التي كانت قيد الخدمة آنذاك، والتي يبلغ طولها 201,000 كيلومتر (125,000 ميل) ، لعدة ساعات خلال العاصفة. مع ذلك، يبدو أن بعض خطوط التلغراف كانت ذات طول واتجاه مناسبين لتوليد تيار مغناطيسي أرضي كافٍ من المجال الكهرومغناطيسي، مما سمح باستمرار الاتصال مع مشغل التلغراف حتى بعد فصل التيار الكهربائي. ^{[ 101 ]} وقد دار الحوار التالي بين اثنين من مشغلي خط التلغراف الأمريكي بين بوسطن وبورتلاند ، مين ، ليلة 2 سبتمبر 1859، ونُشر في صحيفة بوسطن ترافيلر : 

موظف بوسطن (لمشغل بورتلاند): "يرجى فصل بطاريتك [مصدر الطاقة] تمامًا لمدة خمس عشرة دقيقة." موظف بورتلاند: "حسنًا، لقد تم فصلها الآن." بوسطن: "بطاريتي مفصولة، ونحن نعمل مع التيار الشفقي. كيف تستقبلون رسالتي؟" بورتلاند: "أفضل من وجود البطاريات. - التيار يأتي ويذهب تدريجيًا." بوسطن: "تياري قوي جدًا في بعض الأحيان، ويمكننا العمل بشكل أفضل بدون البطاريات، حيث يبدو أن الشفق يُعادل ويُعزز بطارياتنا بالتناوب، مما يجعل التيار قويًا جدًا في بعض الأحيان بالنسبة لمغناطيسات المرحل لدينا. لنفترض أننا نعمل بدون بطاريات بينما نتأثر بهذه المشكلة." بورتلاند: "حسنًا. هل أتابع العمل؟" بوسطن: "نعم، تابع."

استمرت المحادثة قرابة ساعتين دون استخدام أي طاقة بطارية ، معتمدةً فقط على التيار الناتج عن الشفق القطبي، وقيل إنها المرة الأولى المسجلة التي يتم فيها نقل أكثر من كلمة أو كلمتين بهذه الطريقة. ^{[ 100 ]} أدت هذه الأحداث إلى الاستنتاج العام بأن

يتمثل تأثير الشفق القطبي على التلغراف الكهربائي عمومًا في زيادة أو تقليل التيار الكهربائي المتولد في الأسلاك. وفي بعض الأحيان، يُلغي التيار تمامًا، بحيث لا يمكن رصد أي تيار كهربائي فيها. ويبدو أن الشفق القطبي يتكون من كتلة من المادة الكهربائية، تشبه في كل شيء تلك المتولدة من البطارية الجلفانية الكهربائية. وتتغير التيارات القادمة من هذه الكتلة عبر الأسلاك، ثم تختفي: وتتدحرج كتلة الشفق من الأفق إلى سمت الرأس. ^{[ 102 ]}

في مايو 2024، تسببت سلسلة من العواصف الشمسية في رصد الشفق القطبي من أقصى الجنوب حتى فردوس ، إيران . ^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}

أُشير إلى أقدم سجل مؤرخ للشفق القطبي في " حوليات الخيزران "، وهي سجل تاريخي لتاريخ الصين القديمة، في عام 977 أو 957 قبل الميلاد. ^{[ 106 ]} ووصف المستكشف اليوناني بيثياس الشفق القطبي في القرن الرابع قبل الميلاد. ^{[ 107 ]} وكتب سينيكا عن الشفق القطبي في الكتاب الأول من كتابه "المسائل الطبيعية" ، مصنفًا إياه، على سبيل المثال، إلى أنواع مثل " بيثاي " (أي "شبيهة بالبرميل")؛ و" تشاسماتا " (أي "هاوية")؛ و" بوغونيا " (أي "ملتحية")؛ و "سيباريسا " (أي "شبيهة بأشجار السرو ")؛ ووصف ألوانها المتعددة. وكتب عن ما إذا كانت فوق السحب أو تحتها، وذكر أنه في عهد تيبيريوس ، تشكل شفق قطبي فوق مدينة أوستيا الساحلية ، وكان شديدًا وأحمر اللون لدرجة أن فرقة من الجيش، كانت متمركزة في مكان قريب للقيام بواجب إطفاء الحرائق، هرعت لإنقاذها. ^{[ 108 ]} يُقال إن بليني الأكبر وصف الشفق القطبي في كتابه " التاريخ الطبيعي" عندما أشار إلى الترابيس ، والهازما ، و"اللهب الأحمر المتساقط"، و"ضوء النهار في الليل". ^{[ 109 ]}

ربما كان أقدم تصوير للشفق القطبي في رسومات كهوف كرو-ماغنون في شمال إسبانيا والتي يعود تاريخها إلى 30000 قبل الميلاد. ^{[ 110 ]}

أقدم سجل مكتوب معروف للشفق القطبي الشتوي كان في أسطورة صينية كُتبت حوالي عام 2600 قبل الميلاد؛ وتم تسجيل الشفق القطبي الخريفي بعد قرون، حوالي عام 2000 قبل الميلاد. ^{[ 111 ]}

في الفلكلور الياباني ، كان يُعتقد أن طيور التدرج رسل من السماء. ومع ذلك، ادعى باحثون من جامعة الدراسات العليا المتقدمة والمعهد الوطني لأبحاث القطب في اليابان في مارس 2020 أن "ذيول التدرج الحمراء" التي شوهدت في سماء اليابان ليلاً عام 620 ميلادي ربما كانت في الواقع شفقًا أحمر ناتجًا عن عاصفة مغناطيسية. ^{[ 112 ]}

في تقاليد السكان الأصليين الأستراليين ، يرتبط الشفق القطبي الجنوبي عادةً بالنار. فعلى سبيل المثال، أطلق شعب غوندجيتامارا في غرب فيكتوريا على الشفق القطبي اسم " بوي بوي " (الرماد)، بينما اعتبره شعب غوناي في شرق فيكتوريا حرائق غابات في عالم الأرواح. ويقول شعب ديري في جنوب أستراليا إن الشفق القطبي هو "كوتشي" ، أي روح شريرة تُشعل نارًا ضخمة. وبالمثل، يشير شعب نغاريندجيري في جنوب أستراليا إلى الشفق القطبي الذي يُرى فوق جزيرة كانغارو على أنه نيران أرواح في "أرض الموتى". ويعتقد مجتمعا ديري ونغاريندجيري في جنوب غرب كوينزلاند أن الشفق القطبي هو نيران " أولا بيكا" ، وهي أرواح شبحية كانت تتحدث إلى الناس من خلاله. وكان القانون المقدس يحظر على أي شخص، باستثناء كبار السن من الذكور ، مشاهدة الشفق القطبي أو تفسير رسائل الأجداد التي اعتقدوا أنها تُنقل من خلاله. ^{[ 113 ] [ 114 ]}

كان شعب الماوري في نيوزيلندا يعتقدون أن الشفق القطبي الجنوبي أو ما يُعرف باسم " تاهونوي-أ-رانجي " (المشاعل العظيمة في السماء) يُضاء من قِبل الأجداد الذين أبحروا جنوبًا إلى "أرض الجليد" (أو من قِبل أحفادهم)؛ ^{[ 115 ] [ 116 ]} ويُقال إن هؤلاء كانوا أعضاء بعثة أوي-تي-رانجيورا التي وصلت إلى المحيط الجنوبي . ^{[ 115 ]} حوالي القرن السابع. ^{[ 117 ]}

في الدول الاسكندنافية، ورد أول ذكر لظاهرة نوردرليوس (الأضواء الشمالية) في السجل النرويجي كونونغس سكوجسيا من عام 1230 ميلادي. وقد سمع المؤرخ عن هذه الظاهرة من مواطنيه العائدين من غرينلاند ، وقدم ثلاثة تفسيرات محتملة: أن المحيط كان محاطًا بنيران هائلة؛ أو أن التوهجات الشمسية يمكن أن تصل إلى الجانب المظلم من العالم؛ أو أن الأنهار الجليدية يمكن أن تخزن الطاقة بحيث تصبح في النهاية متوهجة . ^{[ 118 ]}

كتب والتر ويليام براينت في كتابه كيبلر (1920) أن تيكو براهي "يبدو أنه كان نوعًا ما من ^{المعالجين} المثليين ، لأنه يوصي بالكبريت لعلاج الأمراض المعدية التي تسببها الأبخرة الكبريتية للشفق القطبي " . ^{[ 119} ]

في عام 1778، وضع بنجامين فرانكلين نظرية في ورقته البحثية "الشفق القطبي، الافتراضات والتخمينات نحو تشكيل فرضية لتفسيره" مفادها أن الشفق القطبي ناتج عن تركيز الشحنة الكهربائية في المناطق القطبية التي تتفاقم بسبب الثلج والرطوبة في الهواء: ^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

ألا يمكن إذن أن الكمية الهائلة من الكهرباء التي تحملها السحب إلى المناطق القطبية، والتي تتكثف هناك، وتسقط في الثلج، والتي من المفترض أن تدخل الأرض، لكنها لا تستطيع اختراق الجليد؛ ألا يمكن، كما أقول (مثل زجاجة مشحونة بشكل زائد)، أن تخترق ذلك الغلاف الجوي المنخفض وتجري في الفراغ فوق الهواء باتجاه خط الاستواء، متباعدة مع ازدياد درجات خط الطول، وتكون مرئية بوضوح حيث تكون أكثر كثافة، وتصبح أقل وضوحًا كلما ابتعدت أكثر؛ حتى تجد طريقًا إلى الأرض في المناخات الأكثر اعتدالًا، أو تختلط بالهواء العلوي؟

أُكِّدت ملاحظات الحركة الإيقاعية لإبر البوصلة نتيجة تأثير الشفق القطبي في مدينة أوبسالا السويدية على يد أندرس سيلسيوس وأولوف هيورتر . في عام 1741، تمكن هيورتر من ربط التقلبات المغناطيسية الكبيرة بملاحظة الشفق القطبي في السماء. وقد ساعد هذا الدليل في دعم نظريتهما القائلة بأن "العواصف المغناطيسية" هي المسؤولة عن هذه التقلبات في البوصلة. ^{[ 123 ]}

تحيط بهذا المشهد مجموعة متنوعة من الأساطير لدى السكان الأصليين لأمريكا . سافر المستكشف الأوروبي صموئيل هيرن مع قبيلة تشيبويان دينيه عام ١٧٧١ وسجل آراءهم حول حيوان الرنة . ووفقًا لهيرن، رأى شعب دينيه تشابهًا بين الشفق القطبي والشرارات المتطايرة عند مداعبة فرو الرنة . اعتقدوا أن هذه الأضواء هي أرواح أصدقائهم الراحلين ترقص في السماء، وأن سطوعها يدل على سعادة أصدقائهم المتوفين. ^{[ ١٢٤ ]}

في الليلة التي أعقبت معركة فريدريكسبيرغ ، شوهد الشفق القطبي من ساحة المعركة. اعتبر جيش الكونفدرالية ذلك علامة على أن الله معهم، إذ نادراً ما شوهدت هذه الأضواء في تلك المناطق الجنوبية. تُفسَّر لوحة "الشفق القطبي" للفنان فريدريك إدوين تشيرش على نطاق واسع بأنها تُمثل صراع الحرب الأهلية الأمريكية . ^{[ 125 ]}

يذكر مصدر بريطاني من منتصف القرن التاسع عشر أن الشفق القطبي كان ظاهرة نادرة قبل القرن الثامن عشر. ^{[ 126 ]} وينقل عن هالي قوله إنه قبل شفق عام 1716، لم تُسجّل أي ظاهرة مماثلة لأكثر من 80 عامًا، ولم يُسجّل أي شفق ذي أهمية منذ عام 1574. ويشير المصدر إلى عدم وجود أي تسجيل لظهور الشفق في معاملات الأكاديمية الفرنسية للعلوم بين عامي 1666 و1716؛ وأن أحد الشفق المسجل في مختارات برلين لعام 1797 وُصف بأنه حدث نادر للغاية. وذُكر أن شفقًا رُصد عام 1723 في بولونيا كان الأول من نوعه هناك. ويذكر سيلسيوس (1733) أن أقدم سكان أوبسالا اعتبروا هذه الظاهرة نادرة جدًا قبل عام 1716. وتتزامن الفترة بين عامي 1645 و1715 تقريبًا مع فترة ماوندر الدنيا في نشاط البقع الشمسية.

في قصيدة روبرت دبليو سيرفيس الساخرة " أغنية الأضواء الشمالية " (1908)، يكتشف منقب من يوكون أن الشفق القطبي هو توهج من منجم راديوم . فيقوم بوضع علامة على منجمه، ثم يذهب إلى المدينة بحثًا عن مستثمرين.

في أوائل القرن العشرين، وضع العالم النرويجي كريستيان بيركلاند نظرية أساسية للفهم الحالي للمغناطيسية الأرضية والشفق القطبي.

في أساطير شعب سامي ، يُعتقد أن الشفق القطبي ناتج عن جروح الموتى الذين نزفوا حتى الموت، فسال دمهم في السماء. وتشترك العديد من الشعوب الأصلية في شمال أوراسيا وأمريكا الشمالية في معتقدات مماثلة، إذ ترى أن الشفق القطبي هو دم الموتى، ويعتقد البعض أنه ناتج عن تناثر دماء المحاربين القتلى في السماء أثناء لعبهم أو ركوبهم الخيل أو استمتاعهم بأي نشاط آخر. ^{[ 127 ]}

ظهرت ظاهرة الشفق القطبي في إحدى حلقات مسلسل " ذا سيمبسونز" عام ١٩٩٦ ، حيث دعا المدير سكينر المشرف تشالمرز لتناول وجبة فطور متأخرة. عندما اشتعلت النيران في مطبخ سكينر، قال تشالمرز: "يا إلهي، ما الذي يحدث هناك؟" ^{[ ١٢٨ ]} وعندما أجاب سكينر "الشفق القطبي"، قال تشالمرز عبارةً انتشرت على نطاق واسع في العديد من الصور الساخرة: ^{[ ١٢٩ ]} "الشفق القطبي؟ في هذا الوقت من السنة، وفي هذا الوقت من اليوم، وفي هذا الجزء من البلاد، محصورًا بالكامل داخل مطبخك؟" وقد تضمنت العديد من المنشورات على وسائل التواصل الاجتماعي صورًا للشفق القطبي، بالإضافة إلى نسخ من عبارة تشالمرز. ^{[ ١٣٠ ]}

• التوهج الجوي – انبعاث ضوء خافت من الغلاف الجوي للكوكب 
• أورورا (علم الشعارات) – رمز شعاري 
• الفيزياء الشمسية – علم الغلاف الشمسي 
• قائمة العواصف الشمسية
• قانون باشين – قانون فيزيائي يتعلق بالتفريغ الكهربائي في الغازات 
• إعصار فضائي – عاصفة رياح شمسية 
• الطقس الفضائي – فرع من فروع فيزياء الفضاء وعلم الغلاف الجوي 

• بروكتر، هنري ريتشاردسون (1878). "الشفق القطبي"  . الموسوعة البريطانية . المجلد  الثالث (  الطبعة التاسعة). الصفحات 90-99 . 
• شري تشارلز (1911). "اورورا بولاريس"  . الموسوعة البريطانية . المجلد.  2 (  الطبعة الحادية عشرة). ص 927 – 934. يتضمن هذان المصدران وصفاً تفصيلياً للملاحظات والأوصاف التاريخية.
• ستيرن، ديفيد ب. (1996). "تاريخ موجز لفيزياء الغلاف المغناطيسي خلال عصر الفضاء" . مراجعات الجيوفيزياء . 34 (1): 1-31 . Bibcode : 1996RvGeo..34....1S . doi : 10.1029/95rg03508 .
• ستيرن، ديفيد ب.؛ بيريدو، ماوريسيو. "استكشاف الغلاف المغناطيسي للأرض" . phy6.org .
• إيثر، روبرت هـ. (1980). الأضواء المهيبة: الشفق القطبي في العلوم والتاريخ والفنون . واشنطن العاصمة: الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. ISBN 978-0-87590-215-9.
• أكاسوفو، سيون-إيتشي (أبريل 2002). "أسرار الشفق القطبي". سلسلة ألاسكا الجغرافية . 29 (1).
• داغليس، يوانيس؛ أكاسوفو، سيون-إيتشي (نوفمبر 2004). "الشفق القطبي - الأضواء الشمالية الرائعة" (ملف PDF) . ريكوردر . 29 (9): 45-48 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 14 يونيو 2020.رابط بديل
• سافاج، كانديس شيرك (1994). الشفق القطبي: الأضواء الشمالية الغامضة . سان فرانسيسكو: كتب نادي سييرا / كتب فايرفلاي. ISBN 978-0-87156-419-1.
• هولتفيست، بنغت (2007). "الشفق القطبي". في: كاميدي، ي.؛ تشيان، أ. (محرران). دليل البيئة الشمسية الأرضية . برلين هايدلبرغ: سبرينغر-فيرلاغ. ص 331-354 . doi : 10.1007/978-3-540-46315-3_13 . ISBN  978-3-540-46314-6.
• ساندولت، إيفن؛ كارلسون، هربرت سي؛ إيجلاند، ألف (2002). "الشفق الضوئي". شفق النهار والشفق القطبي . هولندا: سبرينغر هولندا. ص 33-51 . doi : 10.1007/0-306-47969-9_3 . ISBN  978-0-306-47969-4.
• فيليبس، توني (21 أكتوبر 2001). ""موسم الشفق القطبي قد حلّ" . وكالة ناسا. مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 أبريل 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مايو 2006 .
• ديفيس، نيل (1992). دليل مراقب الشفق القطبي . مطبعة جامعة ألاسكا. ISBN 0-912006-60-9.

• خريطة عالمية حالية توضح احتمالية رؤية الشفق القطبي
• أورورا – التنبؤ (تمت أرشفته في 24 نوفمبر 2016)
• توقعات الأرصاد الجوية الرسمية للشفق القطبي في أيسلندا
• الشفق القطبي - التنبؤ ( مؤرشف بتاريخ 25 نوفمبر 2016 في أرشيف الإنترنت)
• بيانات الطاقة الشمسية الأرضية – محول البيانات عبر الإنترنت – خط عرض الشفق القطبي
• خدمة أورورا أوروبا – توقعات أورورا لأوروبا (أرشيف 11 مارس 2019)
• بث مباشر عبر الإنترنت لأضواء الشمال
• أفضل شفق قطبي في العالم – تعتبر الأقاليم الشمالية الغربية قبلة العالم لمشاهدة الشفق القطبي.