Геофизики впервые измерили еще одно, особенное электрическое поле вокруг Земли
Невидимое слабое электрическое поле, окружающее нашу планету, наконец-то обнаружено и измерено. Гипотезу о существовании амбиполярного поля выдвинули более 60 лет назад. Его открытие изменит представление об эволюции Земли. Исследование опубликовано в журнале Nature .
«Любая планета с атмосферой должна иметь амбиполярное поле», — говорит астроном Глин Коллинсон из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
Земля окружена различными полями. Одно из них — гравитационное. Есть также магнитное поле, которое создается вращающимся, электропроводным материалом внутри Земли. Это поле защищает нашу планету от солнечного ветра и радиации, а также (вместе с гравитацией) помогает атмосфере не улетучиваться.
В 1968 году ученые описали еще одно явление. Космические аппараты, пролетающие над полюсами, зафиксировали сверхзвуковой поток частиц, исходящих из атмосферы Земли. Наилучшим объяснением этого явления оказалось третье, электромагнитное поле.
«Оно называется амбиполярным, и это — агент хаоса. Оно противодействует гравитации и уносит частицы в космос. Мы никогда раньше не могли его измерить, потому что у нас не было подходящей технологии. Для рещения проблемы построили ракету Endurance», — объясняет Коллинсон.
Начиная с высоты около 250 километров, в ионосфере, экстремальный ультрафиолет и солнечное излучение ионизируют атмосферные атомы, освобождая отрицательно заряженные электроны и превращая атомы в положительно заряженные ионы. Легкие электроны стремятся улететь в космос, а более тяжелые ионы устремляются к поверхности. Однако среда стремится поддерживать нейтральный заряд, что приводит к возникновению электрического поля между электронами и ионами, удерживающего их вместе. Это и называется амбиполярным полем, потому что оно действует в обоих направлениях: ионы тянутся вниз, а электроны — вверх. В результате атмосфера расширяется, увеличивающаяся высота позволяет некоторым ионам уйти в космос.
Амбиполярное поле невероятно слабое, поэтому Коллинсон и его команда разработали специальное оборудование для его обнаружения. Миссия Endurance была запущена в мае 2022 года, поднималась на высоту 768,03 километра и вернулась с ценными данными. Она зафиксировала изменение электрического потенциала всего на 0,55 вольта — этого было достаточно.
«Полвольта — это почти ничего, примерно как мощность батарейки для часов, но этого достаточно, чтобы объяснить полярный ветер частиц», — говорит Коллинсон.
Эта величина заряда достаточно сильна, чтобы тянуть ионы водорода с силой, в 10,6 раз превышающей силу гравитации, выбрасывая их в космос со сверхзвуковыми скоростями над полюсами Земли. Ионы кислорода, которые тяжелее ионов водорода, также поднимаются, увеличивая плотность ионосферы на больших высотах: на 271 % по сравнению с плотностью без амбиполярного поля.
Все еще неизвестно, как долго существует амбиполярное поле, что оно делает и как оно помогло эволюции нашей планеты и ее атмосферы, а возможно, и жизни на поверхности.
