Вы знали, что воздух, которым мы дышим, атмосфера Земли "выветривается" и покидает планету?
Представьте себе: стоите вы на вершине мира, в самом центре земного полюса, и вдруг понимаете - прямо у вас над головой атмосфера беззвучно отрывается от земли и “улетает” в космос. Воздух, который дает жизнь, “испаряется”...
Частицы атмосферы, которые обеспечивают земную жизнь - “уходит по-английски” прочь.
Согласитесь, это само по себе звучит как сюжет фантастического фильма. Но это не вымысел, а настоящее физические явление. Загадка, которую ученые пытались разгадать на протяжении десятилетий.
ТАЙНА “ПОЛЯРНОГО ВЕТРА”
Еще в 1960-х годах космические аппараты “засекли” в области земных полюсов странное явление: поток частиц, “утекающих” из атмосферы в космос.
Этот феномен назвали "полярным ветром". Его природа долгое время оставалась неизвестной. Основная гипотеза его происхождения строилась на предположении, что во всем виноват солнечный свет. А процесс выглядит примерно как испарение с поверхности воды.
Однако принципиальная разница в том, что частицы в “полярном ветре” остаются холодными и двигаются на сверхзвуковых скоростях.
“Полярный ветер”, это поток заряженных частиц - в основном ионов водорода и кислорода, которые улетучиваются на полюсах.
Физически полярный ветер выглядит как непрерывный поток ионов, который стремительно уносится в космос. А Земля теряет атмосферные газы, особенно легкие частицы.
И вот вопрос, который ставит в тупик: как водород и кислород достигают неимоверной скорости и преодолевают гравитационное поле Земли?
Долгое время однозначный ответ найти не могли.
АМБИПОЛЯРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Как думаете, что может заставить частицы, которые не нагреваются, а остаются холодными, стремительно покидать атмосферу Земли?
Пофантазируйте. Представьте себе невидимое, почти неощутимое электрическое поле. Настолько слабое, что его сила равна лишь половине одного вольта. Знаете с чем это сравнимо? - Верно, с мощностью обычной батарейки для часов.
Амбиполярное поле - это очень слабое электрическое поле, которое действует на заряженные частицы в атмосфере Земли, помогая им преодолевать силу притяжения планеты.
Слово "амбиполярное" происходит от латинского "ambi-", что означает "оба", и "polaris", что переводится как "полюс".
Возникновение этого слабого электрического поля связано с положительными и отрицательными заряженными частицами, которые создают его взаимодействуя друг с другом.
Ну и на что может в глобальном масштабе Земли влиять такая малая энергия? Смешно даже.
Но оказывается - может! На субатомном уровне, в космосе, подобное электрическое поле обладает невероятным воздействием.
Ученые NASA выдвинули гипотезу - именно такое амбиполярное поле и есть та сила, которая “выпихивает” атмосферные частицы вверх, позволяя им преодолевать гравитацию. Поле действует на заряженные частицы в верхних слоях атмосферы, где подобно невидимому насосу вытягивает их в космос.
Эффект амбиполярного электрического поля почти неощутим на уровне земной поверхности. А вот на высоте в сотни километров его влияние становится решающим.
КАК В NASA РЕШАЛИ ЗАГАДКУ 60 ЛЕТ
Гипотезу о том, что “полярный ветер” вызван именно амбиполярным полем Земли выдвинули еще в 1960-х годах. Но как известно, пока нет подтвержденных фактов - нет доказательств. А значит, говорить о состоятельности теории невозможно.
Так случилось, что обнаружить это самое амбиполярное поле оказалось невероятно сложно. Все дело, как часто бывает, было в возможностях оборудования и технологий. На тот момент они просто не могли зафиксировать столь слабое воздействие на таких больших высотах.
Но ученые не сдавались.
Лишь в 2016 году командой под руководством доктора Глина Коллинсона из Центра космических полетов имени Годдарда NASA был разработан прибор, способный измерить это поле.
"Что-то же должно было вытягивать эти частицы из атмосферы", — заявил Коллинсон, объясняя мотивацию своего исследования.
Новый прибор должен был стать ключом к разгадке. Чтобы его протестировать ученые отправились на крайний север, в арктический регион. Именно там “полярный ветер” проявляется особенно отчетливо.
Так началась миссия Endurance.
МАЛОЕ ПОЛЕ С БОЛЬШИМИ ПОСЛЕДСТВИЯМИ
11 мая 2022 года ракета Endurance стартовала с самого северного в мире космодрома на Шпицбергене и достигла высоты 768 км.
Всего за 19 минут аппаратура на ее борту собрала данные, которые поставили точку в вопросе утечки атмосферы.
Приборы зафиксировали изменение электрического потенциала всего на 0,55 вольта на высотах от 518 до 768 км.
Вы только представьте: полвольта - и легкие частицы водорода устремляются в космос, преодолевая земное притяжение в 10,6 раз! Более тяжелые частицы, такие как ионы кислорода, также получают "толчок", который поднимает их на большие высоты.
Оказывается, амбиполярное электрическое поле увеличивает так называемую "высоту шкалы" ионосферы на 271%. Это означает, что наша атмосфера остается плотной на гораздо больших высотах, чем это было бы возможно без этого поля.
Результаты исследования опубликованы 28 августа 2024 в журнале Nature.
Открытие не просто объясняет природу “полярного ветра”. Оно демонстрирует, насколько значимым в масштабах планеты может быть даже столь мизерное воздействие.
Согласитесь, это открывает совершенно новые горизонты для фундаментальной науки.
Теперь, когда ученые смогли измерить амбиполярное поле, перед ними встает множество новых вызовов.
Например, надо разобраться: как это поле влияет на формирование и эволюцию атмосферы Земли? Как оно взаимодействует с такими силами, как гравитация и магнетизм?
Есть также вопросы, которые не ограничиваются только планетарными масштабами. Они гораздо шире. Например, существуют ли аналогичные поля на других планетах с атмосферой, таких как Венера или Марс? Если да, то как они влияют на их атмосферу и поможет ли это лучше понять их эволюцию?
М-даа… Впечатляюще ведь, неправда ли?
Только вот никак в толк не возьму: если атмосфера “улетает” в космос - что там с ней происходит? И может ли она вся “выветриться”, как думаете?
Благодарю вас за 👍, который вы ставите публикациям. А комментарии под статьей помогают найти интересные темы.
Спасибо, что помогаете каналу развиваться.
Не забывайте подписаться на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений