Ученые впервые обнаружили электрическое поле Земли
Ученые впервые зафиксировали амбиполярное электрическое поле Земли — глобальный атмосферный механизм, существование которого предсказывали более 60 лет. Обнаруженный потенциал всего в 0,55 вольта, сопоставимый с напряжением часовой батарейки, оказался ключевым двигателем «полярного ветра» — загадочного потока холодных частиц, уходящих из атмосферы в космос. Это открытие переворачивает представление о том, какие силы управляют эволюцией атмосферы и климата планеты.
Как полувольт переписывает законы физики атмосферы
Долгое время считалось, что единственной причиной утечки атмосферы является нагрев от солнечной радиации. Однако «полярный ветер» состоял из холодных частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, что не укладывалось в существующие модели. Группа исследователей под руководством Глина Коллинсона из Центра космических полетов имени Годдарда разработала сверхчувствительный прибор и запустила его на суборбитальной ракете с норвежского архипелага Шпицберген — самой северной стартовой площадки в мире. Поднявшись на высоту 768 км, прибор зафиксировал электрический потенциал, который создается в ионосфере при взаимодействии легких электронов и тяжелых положительных ионов.
Принцип действия «невидимого конвейера»
В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет атомы на электроны и ионы. Электроны, будучи сверхлегкими, стремятся улететь в космос, в то время как тяжелые ионы под действием гравитации тянутся вниз. Разноименные заряды создают амбиполярное электрическое поле, которое связывает эти два потока. Оно тянет электроны вниз, а ионы — вверх, фактически расширяя атмосферу и придавая частицам достаточное ускорение для преодоления земного притяжения. Измерения показали, что для ионов водорода эта сила в 10,6 раз превышает гравитационную, а поток холодных ионов кислорода в магнитосферу увеличивается более чем на 3800%.
По словам исследователей, амбиполярное поле увеличивает масштаб высоты ионосферы на 271%, делая ее значительно более плотной на больших высотах, чем предполагалось ранее. Это означает, что данный механизм является фундаментальным драйвером структуры и эволюции атмосферы, наравне с гравитацией и магнетизмом.
Запуск ракеты состоялся на Шпицбергене, так как это единственное место, позволяющее проводить замеры непосредственно в зоне действия полярного ветра. Миссия получила название Endurance — в честь корабля экспедиции Эрнеста Шеклтона. После 19 минут полета аппарат приводнился в Гренландском море, успев передать данные, которые ученые ждали десятилетиями.
Теперь, когда существование поля доказано, перед наукой открывается новое поле для исследований. Считается, что амбиполярное поле должно присутствовать у любой планеты с атмосферой. Его изучение позволит понять, как именно атмосферы теряют свои легкие элементы, как формировалась Земля и какие условия необходимы для возникновения жизни на других мирах. Следующим шагом станет выяснение того, как это поле влияло на климат планеты в геологической истории и какую роль оно играет в современных процессах космической погоды.
