Потрясающее открытие NASA: как ученые нашли электрическое поле вокруг Земли и какое там напряжение
.
В конце августа ученые NASA совершили потрясающее открытие. Что интересно – оно касается Земли, а не отдаленных звезд и планет. Космическое агентство через 60 лет поисков наконец обнаружило электрическое поле Земли.
Невидимую силу, которую искали более полувека после того, как выдвинули первую гипотезу, наконец нашли. Поле получило название "полярный ветер", с его помощью можно объяснить нюансы функционирования земной атмосферы. Ученые говорят, что это открытие так же важно для нашей планеты, как гравитация и магнитное поле.
24 Канал собрал основные факты о новом открытии.
Что такое электрическое поле Земли
Исследование ученых NASA опубликовано в журнале Nature. В нем говорится об обнаружении слабого планетарного электрического поля на высотах от 250 до 768 километров от поверхности Земли. Следовательно, наша планета имеет не только гравитационное и магнитное поля, но и третье поле – электрическое. Электрическое поле Земли создает движение в противоположные направления как электронов, так и положительных ионов. Это движение играет ключевую роль в механизмах выхода заряженных частиц из атмосферы на Северном и Южном полюсах, а также изменяет форму самой земной атмосферы, в частности, за счет увеличения ее высоты.Теоретически существование поля вывели еще в 1960-х годах, а открыли только благодаря миссии Endurance NASA. Напряжение поля составляет лишь около 0,55 вольта, что можно сравнить с батарейкой в часах. Но этого достаточно для преодоления силы гравитации и создания потока заряженных частиц, которые вылетают из земной атмосферы.
Как возникла теория электрического поля
Подозрение, что над Землей есть электрическое поле, возникло у ученых в 1960-х годах – после запуска первых космических миссий. Спутники, запущенные в те годы, во время пролета над полярными регионами измерили поток заряженных частиц, который двигался из атмосферы в космос. Его и назвали "полярным ветром".
Иллюстративное изображение электрического поля Земли / Визуализация NASA
Первой гипотезой было утверждение о том, что солнечное излучение нагревает частицы, чем обеспечивает энергию для преодоления гравитационного притяжения и выхода из атмосферы Земли – подобно пару, что испаряется из кастрюли с водой. Однако эта гипотеза оказалась ложной – заряженные частицы являются холодными. Поэтому ученым пришлось искать другую гипотезу "полярного ветра". Самым вероятным кандидатом было планетарное электрическое поле, однако инструменты того времени были недостаточно чувствительными, чтобы измерить его.
Это поле является очень фундаментальным для понимания того, как работает наша планета – оно было здесь с самого начала вместе с гравитацией и магнетизмом. Несмотря на то, что оно слабое, оно невероятно важно – противодействует гравитации и практически поднимает небо,
– говорит Глин Коллинсон, исследователь из Центра космических полетов Годдарда NASA в Мэриленде.
Как ученые нашли электрическое поле
Работа по поиску электрического поля Земли стартовала в 2016 году. Тогда Коллинсон с коллегами начали работать над разработкой датчиков для ракеты-зонда Endurance. В мае 2022 года суборбитальная ракета с восемью специализированными инструментами взлетела с ракетного полигона Шпицберген (Свальбард в Норвегии), всего в нескольких сотнях километров от Северного полюса. Это место старта – идеальное с точки зрения изучения "полярного ветра".
Шпицберген – единственный ракетный полигон в мире, где можно пролететь сквозь полярный ветер и сделать нужные нам измерения,
– говорится в заявлении соавтора исследования Сьюзи Имбер, космического физика из Университета Лестера в Великобритании.
Во время 20-минутного полета Endurance достиг высоты около 768 километров и собрал данные с 518-километрового участка атмосферы. Именно так ученые и зафиксировали напряжение в 0,55 вольта в атмосфере.
Миссию Endurance финансировало NASA, соучастник проекта – компания Andøya Space, которой принадлежит стартовая площадка на Шпицбергене. Также в программе использовали Свальбардский радар Европейской научной ассоциации некогерентного рассеяния (EISCAT), расположенный в Лонгьере, который выполнил критически важные наземные измерения ионосферы.
В команде миссии Endurance: ученые из филиала Католического университета Америки, Авиационного университета Эмбри-Риддла, Калифорнийского университета в Беркли, Университета Колорадо в Боулдере, Университета Лестера, Великобритания, Университета Нью-Гемпшира и Университета штата Пенсильвания.
Старт Endurance со Шпицбергена / Фото NASA
По оценкам ученых, поле начинается примерно на 250 километрах над поверхностью, где атомы в атмосфере делятся на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы, которые более чем в 1 800 раз тяжелее электронов. Согласно заявлению NASA, учитывая противоположные электрические заряды частиц, образуется электрическое поле, которое связывает их вместе, противодействуя непрерывному притяжению гравитации и позволяя некоторым частицам улететь в космос.
Притяжение поля в 10,6 раза сильнее гравитации Земли. Этого достаточно, чтобы некоторые частицы полетели в космос на сверхзвуковой скорости, говорит Алекс Глосер, соавтор исследования и научный сотрудник миссии Endurance в центре Годдарда.
Интересно! Электроны и ионы заметно отличаются по массе – электроны настолько легкие, что достаточно небольшого импульса энергии, чтобы заставить их покинуть сферу притяжения Земли. Ион водорода, образованный из одного протона, в 1836 раз тяжелее электрона, поэтому гравитационное поле Земли притягивает его. Так возникает разделение между ионами и электронами. Будучи противоположно заряженными частицами, они образуют электрическое поле.
Это электрическое поле является двунаправленным, то есть оно заставляет электроны и положительные ионы двигаться в противоположных направлениях. Эффект этого – увеличение высоты ионосферы на 271%. То есть некоторые ионы (преимущественно водорода и кислорода) взлетают на такую высоту, где уже не могут удержаться в притяжении Земли.
По мнению ученых, явление полярного ветра может существовать и на других планетах – в частности, Марсе и Венере. Более детальное изучение планетарного электрического поля может помочь выяснить его влияние на эволюцию атмосферы и океанов, считает Глин Коллинсон.