Цей експеримент відкриває нові шляхи для розуміння атмосфер інших планет, включаючи Венеру і Марс.
Атмосферу Землі формує не лише магнетизм і гравітація. Є ще одна фундаментальна сила. І вчені нарешті виміряли гіпотетичне електричне поле, що оточує Землю – насправді воно ховалося у всіх на виду протягом мільярдів років. Це явище планетарного масштабу вислизало від науковців понад шість десятиліть. Тепер, завдяки сміливій ракетній місії, запущеній з краю Арктики, фахівці не лише підтвердили його існування, але й виміряли його силу та вплив на нашу атмосферу, пише Study Finds.
Амбіполярне електричне поле, як його називають у наукових колах, може здатися чимось із "Зоряного шляху", але ця невидима сила відіграє цілком реальну і вирішальну роль у тому, як атмосфера нашої планети взаємодіє з космосом, потенційно впливаючи на довгострокову придатність Землі для життя. Наслідки цього відкриття виходять далеко за межі нашого світу, пропонуючи нове розуміння атмосфер інших планет і пошуку позаземного життя.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature, детально описує результати місії NASA під влучною назвою Endurance. Під керівництвом Гліна А. Коллінсона та його команди проєкт передбачав запуск спеціалізованої ракети зі Шпіцбергену (Норвегія) – найпівнічнішого ракетного полігону на Землі. Ця віддаленість мала вирішальне значення для успіху місії.
"Шпіцберген – єдиний у світі ракетний полігон, де можна пролетіти крізь полярний вітер і провести необхідні нам вимірювання", – пояснює космічний фізик з Університету Лестера і співавтор статті Сьюзі Імбер.
Ракета Endurance, запущена 11 травня 2022 року, була оснащена набором високочутливих інструментів, розроблених спеціально для цієї місії. Основним інструментом був фотоелектронний спектрометр (PES), що складається з восьми здвоєних датчиків електростатичного аналізатора, встановлених на стрілі. Ці датчики були точно вирівняні для вимірювання електронів, що протікають вздовж ліній магнітного поля Землі.
Доповнював PES зонд Ленгмюра (SLP), який вимірював щільність і температуру електронів, а також пакет електромагнітних полів і хвиль (FIELDS), який надавав додаткові дані про електричне середовище навколо ракети. Ця комбінація приладів дозволила провести комплексне вимірювання тонких електричних змін у верхніх шарах атмосфери.
Траєкторія польоту ракети була ретельно спланована, щоб забезпечити чистий збір даних. Вона злетіла на висоту 768 кілометрів, перетнувши область, відому як екзосфера – крихкий зовнішній край земної атмосфери. Місія чергувалася між 70-секундними періодами чистого збору даних і короткими 10-секундними інтервалами, коли ракета вирівнювалася з магнітним полем Землі.
Під час 19-хвилинного польоту прилади ракети виміряли зміну електричного потенціалу лише на 0,55 вольта на висоті 322 милі (518,2 км).
"Піввольта – це майже ніщо, це приблизно стільки ж, скільки батарейка в годиннику. Але це саме та величина, яка пояснює полярний вітер", – говорить Коллінсон, головний дослідник програми Endurance в Центрі космічних польотів ім. Годдарда НАСА.
Під "полярним вітром" мається на увазі загадковий потік частинок, що витікає з атмосфери Землі в космос, вперше виявлений супутниками наприкінці 1960-х років. Хоча певні втрати атмосфери очікуються через інтенсивне сонячне випромінювання, полярний вітер спантеличив вчених, оскільки він містив холодні частинки, що рухалися з надзвуковою швидкістю, без видимого джерела тепла, яке б пояснювало їхню швидкість.
Відкриття амбіполярного поля вирішує цю давню загадку. Незважаючи на свою слабкість, це електричне поле має значний вплив на атмосферні частинки. Для іонів водню, найпоширенішого типу в полярному вітрі, зовнішня сила цього поля в 10,6 разів сильніша за силу тяжіння.
"Цього більш ніж достатньо, щоб протистояти гравітації – фактично, цього достатньо, щоб запустити їх вгору в космос на надзвуковій швидкості", – пояснює Алекс Глоцер, науковець проекту Endurance і співавтор дослідження.
Вплив цього поля поширюється не лише на водень. Іони кисню на тій самій висоті фактично важать вдвічі менше, коли занурюються в це поле. Загалом, амбіполярне поле збільшує "висоту шкали" іоносфери – шару верхніх шарів атмосфери – на приголомшливі 271%. Це означає, що іоносфера залишається щільнішою на більших висотах, ніж вважалося раніше.
Коллінсон порівнює цей ефект з "конвеєрною стрічкою, що піднімає атмосферу в космос". Ця аналогія яскраво ілюструє, як амбіполярне поле безперервно формує нашу атмосферу, потенційно впливаючи на її довгострокову еволюцію.
"Будь-яка планета з атмосферою повинна мати амбіполярне поле", – зазначає Коллінсон.
Цей експеримент відкриває нові шляхи для розуміння атмосфер інших планет, включаючи Венеру і Марс, і може зіграти вирішальну роль в оцінці потенційної придатності екзопланет до життя.
У міру того, як ми боремося з постійними викликами зміни клімату та збереження довкілля на Землі, розуміння фундаментальних сил, що формують нашу атмосферу, стає все більш життєво важливим. Відкриття амбіполярного поля додає новий вимір до нашого розуміння крихкого балансу Землі та її місця в космосі.
Оскільки науковці продовжують досліджувати таємниці нашого та інших світів, ці нові знання про приховане електричне поле Землі, безсумнівно, викличуть нові запитання, стимулюватимуть подальші дослідження і, можливо, навіть змінять наше розуміння того, що робить планету по-справжньому придатною для життя.
Всі новини