В полярных регионах нашей планеты из атмосферы вытекает поток заряженных частиц, гонимый так называемым полярным ветром. В течение многих лет предполагалось, что его источником является третье из фундаментальных полей, связанных с Землёй. Теперь подтвердилось, что Земля имеет слабое электрическое поле.
Читайте: Сахара великая солнечная электростанция – сложности и целесообразность
Глобальное электрическое поле Земли
Земля создаёт гравитационное поле – это факт, который, наверное, никто не оспаривает. Даже если кто-то не совсем знает, как это объяснить, падение тел на Землю является неоспоримым доказательством того, что гравитация Земли работает и важна.
Точно так же мы не сомневаемся в существовании магнитного поля, хотя этим вопросом интересуется меньше людей. В случае магнитного поля, механизмом, его создающим, по нашим данным, является гидромагнитное динамо, а точнее, движение жидкого железа в ядре Земли.
В результате этого возникают токи, а их течение, в свою очередь, становится источником магнитного поля. Мы также слышим о магнитном поле каждый раз, когда говорим о северном сиянии.
Магнитное поле Земли не такое сильное, как то, что мы производим, например, в медицинских аппаратах типа МРТ, но оно существует в больших масштабах и защищает нас от солнечного ветра.
А что насчёт электрического поля? Его существование тоже кажется очевидным, но пока на вопрос, откуда оно взялось, мы не смогли ответить. Теперь благодаря ракете Endurance, запущенной в суборбитальный полёт NASA весной 2022 года, мы узнали его источник и природу — это амбиполярное поле.
Теоретики уже давно предсказывали существование электрического поля Земли с начала космической эры, около 60 лет назад.
60 лет поисков источника электрического поля Земли
Гипотеза об амбиполярном (двунаправленном, действие направлено на поддержание нейтральности заряда в плазме) поле появилась более 60 лет назад, когда первые орбитальные миссии зафиксировали истечение заряженных частиц из атмосферы в космос.
Этот поток получил название полярного ветра, но не следует путать с циклоническим характером ветров, называемым полярным вихрем.
Проблемой обнаружения источника полярного ветра была слишком низкая точность измерительных приборов. Теоретики с самого начала предполагалась, что это будет очень слабое поле, которое можно обнаружить на небольшом пространстве в сотни километров.
Гипотеза, связанная с Солнцем, излучение которого от частиц в атмосфере могло привести к эффекту, подобному испарению, была немедленно исключена. Полярный ветер состоял из частиц, которые двигались со сверхзвуковой скоростью, но не было никаких указаний на то, что эти скорости были вызваны солнечной энергией.
Лишь в 2016 году появились технические возможности создать детектор, способный улавливать различия в электрическом потенциале, связанные с полярным ветром. И именно это произошло в мае 2022 года, когда ракета Endurance собрала необходимые данные во время полёта продолжительностью менее получаса, на высоте 770 км над Гренландским морем (регион между Гренландией, Исландией и Шпицбергеном).
«Толчком к проведению миссии по обнаружению электрического поля Земли послужили данные, предоставленные зондом ESA Venus Express, которые указали на существование электрического поля с потенциалом 10 В, окружающего нашу соседку Венеру.»
Они указали электрический потенциал всего 0,55 В. Полвольта – это почти ничего, примерно столько же в часовой батарейке – так комментирует то открытие Глин Коллинсон из Центра Годдарда NASA, добавляя – однако этого достаточно, чтобы объяснить функционирование полярного ветра.
Итак, ещё одна загадка, связанная с Землёй, решена, но на практике это только начало исследований её амбиполярного электрического поля. По словам Коллисона, каждая планета с атмосферой должна иметь амбиполярное поле, и теперь, когда мы, наконец, измерили его, можем начать лучше понимать, как оно со временем сформировало нашу планету, как и другие планеты.
Как работает амбиполярное электрическое поле Земли
Эффект амбиполярного электрического поля Земли заключается почти в утроении дальности действия ионосферы Земли в космосе, по сравнению с ситуацией – без такого поля.
Коллисон кратко описывает природу этого поля: оно похоже на конвейерную ленту, несущую атмосферу вверх, в космос. Это электрическое поле создаётся высоко над Землей по меньшей мере, на высоте 250 км, когда атомы и частицы, составляющие атмосферу, под воздействием солнечной радиации распадаются.
Из-за этого создаётся плазма из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов. Отсюда и название этого слоя земной атмосферы – ионосфера. Электроны, будучи намного легче, стремятся улететь в космос, а ионы падают на Землю.
Здесь начинает играть роль, электрическое поле, создаваемое разделёнными ионами и электронами. Ионы, опускающиеся в атмосферу под действием силы тяжести, тормозят отток электронов, а вырвавшиеся из атмосферы электроны поднимают ионы вверх – отсюда и термин - амбиполярное поле.
В результате ионосфера расширяется, и некоторые ионы (в основном ионы водорода) поднимаются достаточно высоко, чтобы улететь из атмосферы с полярным ветром.
По мнению учёных, более детальное понимание свойств электрического поля Земли будет очень полезно в будущем, для лучшего понимания эволюции Земли, а также Венеры и Марса. В случае Венеры электрическое поле могло быть одним из факторов, которые сделали поверхность красной планеты настолько отличной от поверхности Земли.
Хотите первыми узнавать о Hi-Tech – ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Telegram
А также читайте самые свежие обзоры на нашем сайте – TehnObzor.RU
