Загадка «полярного ветра» решена: NASA Endurance фиксирует неуловимое электрическое поле Земли

Учёные NASA впервые смогли зафиксировать и подтвердить существование амбиполярного поля Земли — слабого, но важного электрического поля, которое, как выяснилось, играет ключевую роль в формировании «полярного ветра». Это явление, впервые обнаруженное в 1960-х годах, представляет собой поток частиц, покидающих атмосферу Земли через полярные области. Хотя теоретики и предсказывали этот процесс, его природа оставалась загадкой на протяжении десятилетий.

Изначально предполагалось, что под воздействием интенсивного солнечного света некоторые частицы атмосферы должны покидать Землю, словно пар испаряется с поверхности воды. Однако обнаруженные в полярном ветре частицы были холодными и двигались на сверхзвуковых скоростях, что не соответствовало ожиданиям. Это указывало на наличие неизвестного механизма, который заставляет частицы покидать атмосферу без их нагрева.

Исследователи предположили, что этот загадочный процесс связан с электрическим полем, генерируемым на субатомном уровне. Однако из-за его слабости обнаружить это поле долгое время было невозможно — существующие технологии не позволяли зафиксировать такие малые значения.

В 2016 году команда под руководством доктора Глина Коллинсона из Центра космических полетов имени Годдарда NASA начала разрабатывать новый прибор, способный измерить это слабое поле. Для проведения эксперимента был выбран суборбитальный полёт с запуском ракеты из Арктики, поскольку именно там можно было получить необходимые данные, пролетая через полярный ветер. Миссия получила название Endurance в честь корабля Эрнеста Шеклтона, который участвовал в известной антарктической экспедиции 1914 года.

11 мая 2022 года ракета миссии Endurance стартовала с самого северного в мире космодрома на Шпицбергене, достигнув высоты 768 км за 19 минут полета. На высотах 518-768 км приборы зафиксировали ключевое изменение электрического потенциала всего на 0,55 вольта, раскрыв тайну "полярного ветра".

Это незначительное на первый взгляд изменение создает амбиполярное поле с силой, в 10,6 раз превышающей земное притяжение для водородных ионов. Оно позволяет легким частицам покидать атмосферу на сверхзвуковых скоростях, а более тяжелым - подниматься на большие высоты, объясняя механизм "утечки" атмосферы и революционизируя наше понимание взаимодействия Земли с космосом.

В ходе исследования также было установлено, что амбиполярное поле увеличивает так называемую «высоту шкалы» ионосферы на 271%. Это означает, что ионосфера остается более плотной на большей высоте, чем это было бы без воздействия этого поля.

Открытие амбиполярного поля имеет значительное значение для понимания эволюции атмосферы Земли и других планет. Это поле, как показали исследования, является фундаментальной энергетической структурой наряду с гравитацией и магнетизмом. Поскольку амбиполярное поле создается внутренними процессами в атмосфере, аналогичные поля могут существовать и на других планетах с атмосферой, таких как Венера и Марс.

Теперь, когда амбиполярное поле Земли было измерено, перед учеными открылись новые возможности для исследования его влияния на формирование и эволюцию атмосфер планет, как в нашей Солнечной системе, так и за её пределами.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, что подчеркивает важность этого открытия для научного сообщества.