Naučnici uspeli da detektuju ambipolarno polje – električno polje oko Zemlje

Foto: NASA

Otkriće „ambipolarnog polja“ – električnog polja o kom se prvi put hipotetisalo pre 60 godina – izmeniće način na koji proučavamo i razumemo ponašanje i evoluciju našeg lepog, promenljivog sveta, piše Science Alert.

„Svaka planeta sa atmosferom trebalo bi da ima ambipolarno polje“, kaže astronom Glin Kolinson iz Nasinog Centra za kosmičke letove Godard. „Sad kad smo ga konačno izmerili, možemo početi da saznajemo kako je oblikovalo našu planetu, kao i druga tokom vremena“.

Preporučujemo

Zemlja nije samo inertna grudva zemlje u svemiru. Okružena je raznim poljima. Imamo gravitaciono polje. Ne znamo mnogo o gravitaciji, naročito s obzirom na njenu sveprisutnost, ali bez gravitacije ne bismo imali planetu. Gravitacija takođe pomaže da atmosfera bude priljubljena uz površinu.

Postoji i magnetno polje, stvoreno rotirajućim, provodnim materijalom u Zemljinoj unutrašnjosti, koji pretvara kinetičku energiju u magnetno polje. Ono štiti našu planetu od efekata solarnog vetra i zračenja i takođe pomaže da atmosfera ne odleti.

Godine 1968, naučnici su opisali fenomen koji nismo mogli primetiti pre svemirskog doba. Letelice iznad Zemljinih polova detektovale su supersonični vetar čestica koje beže iz atmosfere. Najbolje objašnjenje je bilo treće polje, polje električne energije.

„Naziva se ambipolarno polje i sila je haosa. Suprotno je gravitaciji i izbacuje čestice u svemir. Međutim, nismo mogli da ga izmerimo ranije jer nismo imali tehnologiju. Zato smo napravili raketni brod Endurance da bismo tragali za tom velikom nevidljivom silom“, kaže Kolinson.

Evo kako je očekivano da ambipolarno polje funkcioniše. Počev od visine oko 250 kilometara, u sloju atmosfere zvanom jonosfera, ekstremno ultraljubičasto i solarno zračenje jonizuje atmosferske atome, otcepljujući negativno naelektrisane elektrone i pretvarajući atom u pozitivno naelektrisan jon.

Lakši elektroni će pokušati da odlete u svemir, a teži joni će pokušati da potonu ka tlu. Međutim, okolna plazma će pokušati da održi neutralno naelektrisanje, što proizvodi električno polje između elektrona i jona kako bi bili vezani.

To se naziva ambipolarnim poljem jer deluje u oba smera – joni obezbeđuju silu koja vuče nadole, a elektroni silu koja vuče nagore. Rezultat je naduvena atmosfera; povećana visina omogućava nekim jonima da pobegnu u svemir, što vidimo prilikom polarnog vetra.

Ovo ambipolarno polje bi bilo neverovatno slabo, zbog čega su Kolinson i saradnici dizajnirali instrumente za njegovu detekciju. Misija Endurance je lansirana u maju 2022, dostižući visinu od 768,03 kilometra pre pada na Zemlju sa dragocenim, teško dobijenim podacima.

Misija je bila uspešna. Izmerila je promenu u električnom potencijalu od samo 0,55 volti. To je bilo sve što je potrebno.

„To je skoro ništa – otprilike jačina baterije za sat – ali dovoljno za objašnjenje polarnog vetra“, kaže Kolinson.

Ta količina naelektrisanja je dovoljna da na jone vodonika deluje vučna sila jaka kao 10,6 gravitacionih sila, lansirajući ih u svemir supersoničnim brzinama iznad Zemljinih polova.

Joni kiseonika, koji su teži nego joni vodonika, takođe su podignuti na veću visinu, povećavajući gustinu jonosfere na velikim visinama za 271 procenat, u poređenju sa gustinom koju bi imala bez ambipolarnog polja.

Ovo je samo prvi korak. Ne znamo šire implikacije ambipolarnog polja, koliko dugo je prisutno, šta radi i kako je doprinelo oblikovanju evolucije naše planete i njene atmosfere, a možda čak i života na njenoj površini.

„Ovo polje je fundamentalni deo načina na koji Zemlja funkcioniše i sad kad smo ga konačno izmerili možemo početi da postavljamo neka veća pitanja“, kaže Kolinson.

(Telegraf Nauka/Science Alert)