Ученые NASA обнаружили третье глобальное энергетическое поле вокруг Земли. Известное как амбиполярное электрическое поле, это сила выталкивает заряженные частицы в космос над полюсами.
Известно, что вокруг Земли существуют два основных глобальных энергетических поля — гравитационное поле, создаваемое массой планеты, и электромагнитное поле, которое создается перемешиванием металлов в ядре. Третье поле предполагалось десятилетиями, но новое исследование НАСА наконец подтвердило его измерениями.
Начиная с 1960-х годов космические аппараты, пролетавшие над полюсами Земли, обнаружили гораздо больше частиц, чем ожидалось, вытекающих из атмосферы в космос. Этот «полярный ветер» странным образом состоял из частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, хотя они оставались холодными, вопреки ожиданиям. Таким образом, ученые предположили, что это может происходить из-за явления, которое они назвали амбиполярным электрическим полем.
Согласно гипотезе, это поле должно начинаться на высоте около 250 км (150 миль) 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 силой, действующей на них, со временем они должны были бы разделиться, поскольку ионы падают вниз, а электроны выбрасываются в космос.
Но поскольку ионы и электроны имеют противоположные заряды, они продолжают притягиваться друг к другу. Это означает, что каждый из них притягивает другого, поскольку они движутся в противоположных направлениях, что в конечном итоге приводит к расширению «масштабной высоты» атмосферы над полюсами, по сути, делая ее плотнее наверху, чем она была бы в противном случае.
Как бы ни была интригующей эта история, это амбиполярное электрическое поле было бы чрезвычайно слабым и обнаруживаемым только на расстоянии в сотни миль, поэтому ни один прибор пока не был достаточно чувствительным, чтобы уловить его. Проверка гипотезы раз и навсегда была целью миссии NASA Endurance, которая теперь наконец дала результаты.
Миссия завершилась запуском 11 мая 2022 года с самого северного ракетного полигона в мире, расположенного на архипелаге Шпицберген, к северу от Норвегии. Там Endurance стартовал на 19-минутную миссию по изучению этого поля, прежде чем приводниться в Гренландском море.
Бортовые приборы измеряли изменения электрического потенциала от высоты, где должно было начинаться поле — 250 км (150 миль) — до максимальной высоты, которой оно достигало, 768 км (477 миль). И, конечно же, они зафиксировали изменение на 0,55 вольта.
«Полвольта — это почти ничто — это примерно столько же, сколько батарейка для часов», — сказал Глинн Коллинсон, главный исследователь миссии Endurance. «Но это как раз то количество, которое нужно, чтобы объяснить полярный ветер».
Это звучит не так уж много, но для ионов водорода, наиболее распространенного типа в полярном ветре, это электрическое поле оказывало силу, более чем в 10 раз превышающую силу гравитации, что помогает им выходить в космос на сверхзвуковых скоростях. Ионы кислорода также получают существенное ускорение. Эксперимент также зафиксировал увеличение масштабной высоты ионосферы на 271%.
Теперь, когда это электрическое поле наконец обнаружено, ученые могут начать исследовать, как оно повлияло на эволюцию атмосферы на протяжении истории Земли.
Исследование было опубликовано в журнале Nature. Команда описывает работу в видео ниже.
