Астрономы смогли измерить невидимое слабое энергетическое поле, окутывающее Землю. Это явление называется амбиполярным полем, и его открытие способно изменить подход к изучению и пониманию поведения и эволюции мира.
«Каждая планета с атмосферой должна иметь амбиполярное поле, — утверждает астроном Глин Коллинсон из Центра космических полетов имени Годдарда NASA. — Теперь, когда мы наконец смогли его измерить, мы можем начать исследовать, как оно влияло на нашу планету и другие небесные тела на протяжении времени».
По словам ученых, наша планета — это не просто кусок земли, неподвижно висящий в космосе. Она окружена множеством полей. Существует гравитационное поле, о котором мы знаем не так много, несмотря на его повсеместность. Без гравитации у нас не было бы планеты, и именно она удерживает атмосферу близко к поверхности. Также существует магнитное поле, создаваемое вращающимся проводящим материалом в недрах Земли, которое преобразует кинетическую энергию в магнитное поле, распространяющееся в космос. Оно защищает нашу планету от солнечного ветра и радиации, а также помогает сохранить атмосферу от утечки.
В 1968 году ученые описали явление, которое стало заметным только с приходом космической эры. Космический аппарат, пролетевший над полюсами Земли, обнаружил сверхзвуковой поток частиц, вырывающихся из атмосферы. Наилучшим объяснением этого стало третье — электрическое энергетическое поле.
«Это называется амбиполярным полем, и оно создает хаос. Оно противодействует гравитации и выбрасывает частицы в космос, — объясняет Коллинсон в видеоролике. — Мы не могли его измерить раньше из-за отсутствия необходимой технологии. Поэтому мы разработали ракетный корабль Endurance для поиска этой великой невидимой силы».
Амбиполярное поле функционирует следующим образом: начиная с высоты около 250 километров, в слое атмосферы, известном как ионосфера, экстремальное ультрафиолетовое и солнечное излучение ионизирует атомы атмосферы, отрывая отрицательно заряженные электроны и превращая атомы в положительно заряженные ионы.
Легкие электроны стремятся улететь в космос, тогда как более тяжелые ионы пытаются опуститься на Землю. Однако плазменная среда стремится поддерживать нейтральный заряд, что приводит к образованию электрического поля между электронами и ионами, связывая их вместе. Это поле называется амбиполярным, поскольку оно действует в обоих направлениях: ионы притягиваются вниз, а электроны — вверх.
В результате атмосфера становится более плотной, а на больших высотах некоторые ионы могут улетучиваться в космос, что мы наблюдаем как полярный ветер.
Амбиполярное поле очень слабое, поэтому Коллинсон и его команда разработали приборы для его обнаружения. Миссия Endurance, в рамках которой проводился этот эксперимент, была запущена в мае 2022 года и достигла высоты 768,03 километра, прежде чем вернуться на Землю с ценными данными. Она зафиксировала изменение электрического потенциала всего на 0,55 вольта — этого оказалось достаточно.
«Полвольта — это практически ничего: по мощности это сравнимо с батарейкой от часов, — подчеркивает Коллинсон. — Но этого достаточно для объяснения полярного ветра».
Такого заряда достаточно, чтобы притягивать ионы водорода с силой в 10,6 раз превышающей силу тяжести и выбрасывать их в космос со сверхзвуковыми скоростями.
Ионы кислорода, которые тяжелее водородных, также поднимаются выше, увеличивая плотность ионосферы на 271 процентов по сравнению с тем, какой она была бы без амбиполярного поля.
Астрономы не знают о более широких последствиях амбиполярного поля: как долго оно существует, что делает и как влияет на эволюцию Земли и её атмосферы.
«Это поле является основополагающим элементом устройства Земли, — заключает Коллинсон. — Теперь, когда мы наконец его измерили, мы можем начать задавать важные и интересные вопросы».
