Амбиполярно електрическо поле на Земята | dLambow

(Earth's ambipolar electric field) -

Мистериозно амбиполярно електрическо поле на Земята е измерено от НАСА с ракета за суборбитално изстрелване

Какво е амбиполярно електрическо поле?

Амбиполярното електрическо поле е основна сила, която влияе върху горните слоеве на земната атмосфера. Представете си го като невидим щит, който взаимодейства с частиците, движещи се в космоса и атмосферата. Това поле се създава от разликата в зарядите между различните видове частици, които съставят атмосферата.

Амбиполярно електрическо поле на Земята (Earth's ambipolar electric field)

Амбиполярното електрическо поле представлява електрическо поле, което се образува в плазмата (йонизиран газ) и действа като движеща сила, влияеща върху движението на заредените частици в нея. В случая на Земята, това поле се намира в горните слоеве на атмосферата и играе важна роля в процесите на изтичане на атмосферни частици в космоса.

Според НАСА амбиполярното електрическо поле е ключов двигател на „полярния вятър“, постоянен поток от заредени частици в космоса, който се случва над полюсите на Земята.

Ключов двигател на „полярния вятър“, амбиполярното електрическо поле може да бъде „толкова фундаментално, колкото гравитацията и магнитните полета на Земята“, казва НАСА, добавяйки, че „това електрическо поле повдига заредените частици в нашата горна атмосфера на по-големи височини и може би е оформило еволюцията на нашата планета.

Първи открития за амбиполярно поле

През 1968 г. космически апарати откриват свръхзвукови потоци от студени йони, които напускат атмосферата по протежение на линиите на магнитното поле на планетата при полюсите. Какво е служило като ускорител на тези частици остава загадка. Теоретиците наричат това поле амбиполярно поради двата ефекта от неговото прилагане, действащи в различни посоки.

Какво е амбиполярност?

Слънчевата светлина и ултравиолетовата радиация йонизират атмосферния газ в йоносферата на Земята, като отнемат електрони от атомите и превръщат ядрата в положителни йони. Гравитацията би трябвало да задържи тежките частици, а леките да се разлетят в космоса под въздействието на магнитните полета.

По този начин йоните сякаш придърпват електроните надолу, помагайки на гравитацията, а електроните се устремяват в пространството, създавайки противоположен на електромагнитното поле йонен вектор - това е амбиполярност. По този начин йоните и електроните се привличали един към друг.

Този субатомен процес е механизмът за възникване на планетарното амбиполярно поле. За да може да се говори за това явление по смислен начин и да се започне да се отчита амбиполярното поле в различни модели - от климатични до планетарни и еволюционни - бе необходимо да се измери неговата сила или потенциал. С конкретни цифри в ръка е възможно явлението да бъде подкрепено с фундаментална основа.

Със задачата се заемат специалисти от НАСА

За измерване на амбиполярното поле е разработен инструмент и е подготвена ракета за суборбитално изстрелване. Мисията е наречена Endurance в чест на кораба на сър Ърнест Шакълтън, участвал в известната антарктическа експедиция през 1914 г. Едноименната ракета на НАСА стартира от най-северния космодрум в света в Шпицберген на 11 май 2022 г. За 19 минути полет ракетата достига височина от 768 километра.

Ключовото измерване на амбиполярното поле е извършено на височина 518-768 км. Измереният потенциал на полето е 0,55 V. „Половин волт е почти нищо, приблизително същата големина като батерията в часовник“, обясняват експертите на НАСА. - Но точно тази стойност обяснява полярния (йонен) вятър“.

Ускорител на светлинни частици

Измерената стойност на заряда е достатъчна, за да могат водородните йони да бъдат привлечени към него със сила 10,6 пъти по-голяма от земната гравитация. Това е истински ускорител на светлинни частици, който подобно на оръдие непрекъснато ги изстрелва в космоса от двата полюса на планетата. Не само електроните напускат Земята - йоните също отлитат. Кислородните йони, въпреки че са много по-тежки от водородните, също усещат натиска на този вятър.

Измерванията от мисията Endurance показват, че амбиполярното поле увеличава плътността на йоносферата на големи височини с 271 % в сравнение с това, ако изобщо нямаше поле. Всичко това оказва влияние върху климата, състава на атмосферата и в крайна сметка върху биосферата на планетата. Марс, Венера и други планети няма да са изключение - там в даден момент също ще бъдат открити техни собствени амбиполярни полета. С конкретни данни в ръка можем да започнем да правим нови открития.

Защо е важно това откритие?

Както знаем, Земята има гравитационно поле и също така е заобиколена от електромагнитно поле. Тези две полета участват и във формирането на атмосферата и на самия живот на планетата. С развитието на космонавтиката стана ясно, че Земята има още едно, неизвестно досега, електрическо поле. Без това поле всичко на планетата би могло да се развие по различен начин, включително и появата на човека.

Наскоро, мисията Endurance на НАСА успя да измери амбиполярното електрическо поле на Земята, потвърждавайки съществуването му и количествено определяйки силата му. Това е значително постижение, тъй като това поле е било само теоретична концепция в продължение на десетилетия. Откриването на амбиполярното електрическо поле от мисията Endurance на НАСА е значително откритие по няколко причини:

- Разбиране на земната атмосфера

Този феномен играе ключова роля в процесите на изтичане на атмосферата в космоса, особено в полярните региони. Това ни помага да разберем как се е развивала нашата атмосфера през милионите години и какви фактори влияят върху нейния състав. С по-доброто му разбиране, учените могат да моделират по-точно поведението на земната атмосфера и да предсказват бъдещите промени в нея.

- Йоносферата

Амбиполярното поле оказва значително влияние върху йоносферата - един от най-външните слоеве на атмосферата, където слънчевата радиация йонизира въздушните молекули. Това има пряко въздействие върху комуникациите, навигацията и други технологии, които разчитат на йоносферата.

- Изследване на други планети

Изследването на земното амбиполярно поле ни дава ценни данни, които могат да бъдат приложени при изучаването на атмосферите на други планети. Това ни помага да определим кои планети могат да поддържат живот и какви са условията за неговото възникване.

- Влияние върху космическите технологии

Разбирането на това поле е важно за разработването на космически технологии, като например спътници и космически кораби, които преминават през горните слоеве на атмосферата.

Какво разкриха измерванията на НАСА?

Измерванията на НАСА потвърдиха съществуването на амбиполярното поле и количествено определиха силата му. Освен това, те показаха, че това поле играе важна роля в:

- Стимулиране на загубата на атмосфера

Полето ускорява изтичането на частици от атмосферата в космоса, особено в полярните региони.

- Оформяне на йоносферата

Йоносферата е важен слой от горната атмосфера, който влияе върху радиокомуникациите. Амбиполярното поле играе ключова роля в образуването и динамиката на йоносферата.

Това откритие има няколко важни последствия

- По-добро разбиране на земната атмосфера

Измерването на амбиполярното поле ни позволява да получим по-ясна картина за процесите, които протичат в горните слоеве на атмосферата, и за начина, по който тя взаимодейства с космическото пространство.

- Разкриване на причините за загадъчния "полярен вятър"

Едно от явленията, които амбиполярното поле обяснява, е мистерията на т.нар. "полярен вятър" – потоци от студени частици, които изтичат от атмосферата на Земята в космоса и се движат със свръхзвукова скорост. Амбиполярното поле се оказва основната движеща сила, която "издърпва" тези частици.

- Ролята на слънчевата радиация

Слънчевата радиация играе ключова роля в образуването и поддържането на амбиполярното поле, като йонизира частиците в атмосферата и създава електрически потенциал.

- Приложения в изследването на други планети

По-доброто разбиране на земното амбиполярно поле ще ни помогне да анализираме и други планети, да определим кои от тях могат да задържат атмосфера и потенциално да поддържат живот.

Какво още не знаем?

Въпреки това важно откритие, все още има много неща, които не знаем за амбиполярното електрическо поле. Учените продължават да изучават това явление и да търсят отговори на въпроси като:

• - Как се променя силата и структурата на полето в различните части на атмосферата?
• - Какво е влиянието на слънчевата активност върху амбиполярното поле?
• - Какви са дългосрочните последици от загубата на атмосфера, причинена от това поле?

Какво следва?

Това откритие отваря нови перспективи за бъдещи изследвания. Учените ще продължат да изучават амбиполярното поле, за да разберат по-добре неговата роля в различни атмосферни процеси и да изградят по-точни модели на поведението на земната атмосфера.

Заключение

Амбиполярното електрическо поле е фундаментален аспект на земната физика, подобно на гравитацията и магнитните полета. По-доброто му разбиране ще ни помогне:

• - да предвиждаме промените в климата,
• - да оценяваме въздействието на космическото време върху технологиите и
• - да разширим познанията си за Вселената като цяло.

Откриването на амбиполярното електрическо поле е значително постижение в областта на космическите изследвания. То ни предоставя нова и ценна информация за нашата планета и за процесите, които протичат в нейната атмосфера, а също и да изследваме космоса. В бъдеще, продължаващите изследвания в тази област ще ни донесат още по-интересни и важни открития.

-------
Вместо да проклинаш мрака, запали свещ!
Ако темата ви харесва, споделете я с приятели. Ако са възникнали въпроси, задайте ги в коментарите по-долу. След седмица проверете за отговор.
----------------