Ученые NASA обнаружили третье глобальное энергетическое поле вокруг Земли. Это поле, известное как амбиполярное электрическое поле, выталкивает заряженные частицы в космос над полюсами.
Третье поле
До сих пор было известно о существовании двух основных глобальных энергетических полей вокруг Земли: гравитационного поля, создаваемого массой планеты, и электромагнитного поля, которое генерируется движущимися металлами в ядре. Существование третьего поля обсуждалось на протяжении десятилетий, но только теперь новое исследование NASA наконец подтвердило его с помощью измерений.
С 1960-х годов космические аппараты, пролетавшие над полюсами Земли, обнаруживали гораздо больше частиц, вытекающих из атмосферы в космос, чем ожидалось. Этот «полярный ветер» состоял из частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, несмотря на то, что они оставались холодными, вопреки ожиданиям. Поэтому ученые предположили, что это явление может быть вызвано амбиполярным электрическим полем.
Согласно гипотезе, это поле должно начинаться на высоте около 250 км над полюсами. Именно на этой высоте в атмосфере электроны легче выбиваются из атомов водорода и кислорода, оставляя после себя положительно заряженный ион. Эти ионы намного тяжелее электронов, поэтому если бы гравитация была единственной действующей на них силой, со временем они должны были бы разделиться, поскольку ионы падают вниз, а электроны запускаются в космос.
Но поскольку ионы и электроны имеют противоположные заряды, они остаются притянутыми друг к другу. Это означает, что каждый из них тянет другой, когда они движутся в противоположных направлениях, что в конечном итоге приводит к увеличению «высоты масштаба» атмосферы над полюсами, по сути делая ее более плотной на больших высотах, чем она должна была быть без этого явления.
Подтверждение старой гипотезы
Несмотря на интригующую историю, это амбиполярное электрическое поле было бы чрезвычайно слабым и обнаруживалось бы только на расстоянии сотен километров, поэтому до сих пор не было достаточно чувствительных приборов для его регистрации. Проверка гипотезы была целью миссии NASA Endurance, которая наконец дала результаты.
11 мая 2022 года с самого северного космодрома в мире, расположенного на архипелаге Шпицберген, севернее Норвегии, был запущен зонд Endurance. Полет продлился всего 19 минут, после чего зонд приводнился в Гренландском море.
На его борту были установлены приборы, которые измеряли изменения электрического потенциала от высоты, где должно начинаться поле (250 км), до максимальной высоты, которой достиг зонд (768 км). И действительно, они обнаружили изменение в 0,55 вольт.
«Полвольта — это почти ничего, это примерно сопоставимо с батарейкой для наручных часов. Но это именно то количество, которое объясняет полярный ветер», — говорит Глинн Коллинсон, главный исследователь миссии Endurance.
Это поле может показаться не таким уж сильным. Но для ионов водорода, наиболее распространенного в полярном ветре, это электрическое поле оказывается в 10 раз сильнее гравитации, что помогает запускать их в космос со сверхзвуковой скоростью. Ионы кислорода также получают значительный толчок. Эксперимент также показал 271% увеличение высоты масштаба ионосферы.
Теперь, когда это электрическое поле наконец было обнаружено, ученые могут начать изучать, как оно повлияло на эволюцию атмосферы Земли в ходе развития планеты.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
