Tudósok felfedeztek egy Földet körülvevő új elektromos mezőt, ami bolygónk megértésének kulcsa lehet

Isaac Newton híres 1666-os almasztorija óta a tudósok próbálják megérteni a bolygónkat formáló erőket. A gravitációs vonzás és a mágneses me...

Isaac Newton híres 1666-os almasztorija óta a tudósok próbálják megérteni a bolygónkat formáló erőket. A gravitációs vonzás és a mágneses mező jól ismert fogalmak, de a kutatók most úgy vélik, hogy felfedeztek egy harmadik, ugyanolyan alapvető erőt - egy finom, szinte észrevehetetlen elektromos mezőt, amely kulcs lehet a Föld légkörének, a bolygó fejlődésének és a lakhatóság feltételeinek megértéséhez.

A NASA kutatói nemrég fedezték fel ezt az "ambipoláris elektromos mezőt," amely magyarázatot adhat a sarki szelek titokzatos jelenségére - szuperszonikus részecskék áramlására, amelyek folyamatosan kilövellnek a Föld pólusairól.

Ezek az új felfedezések nemcsak régóta fennálló kérdéseket válaszolhatnak meg a Föld légkörével kapcsolatban, hanem arra is rávilágíthatnak, hogy miért itt, és nem más bolygókon alakult ki az élet.

A sarki szelek rejtélye

Az 1960-as években, amikor az első űrhajók Föld körüli pályára álltak, a tudósok furcsa jelenségeket figyeltek meg a pólusok felett. Ahogy az űrhajók elhaladtak a pólusok felett, hirtelen egy szuperszonikus, töltött részecskékből álló szél csapta meg őket, amely a légkörből tört ki. Ezeket a "sarki szeleket" már több mint 50 éve ismerik, de eddig senki sem tudta teljesen megmagyarázni, mi okozza őket.

A részecskék egy része talán egyszerűen a szűretlen napfény által felmelegedve távozik a légkörből, hasonlóan a gőzölgő vízhez egy forró fazékból. Azonban egy másik, sokkal titokzatosabb jelenség is létezik: a szuperszonikus sebességgel mozgó, hűvös hidrogénionok áramlása. A tudósok értetlenül álltak a jelenség előtt, és keresték a választ.

Dr. Glyn Collinson, a NASA Goddard Űrrepülési Központjának vezető kutatója kifejtette: "Valaminek ki kellett húznia ezeket a részecskéket a légkörből." A kutatók feltételezték, hogy ez a jelenség egy bolygószintű elektromos töltés hatására történhet, valahol 250 km-re a Föld felszíne felett.

Az ambipoláris elektromos mező

Ebben a magasságban a légkör atomjai elkezdenek részekre bomlani, negatív töltésű elektronokra és pozitív töltésű ionokra. A kutatók szerint az ionok sokkal nehezebbek, mint az elektronok - 1836-szor nehezebbek -, ezért a gravitáció hatására vissza kellene süllyedniük a Föld felé. Azonban mivel ellentétes töltéssel rendelkeznek, az elektronok és az ionok összekapcsolódnak egy elektromos mezőn keresztül, amely mindkét irányban húzza őket. Ezt nevezzük ambipoláris elektromos mezőnek.

Ez az elektromos mező hasonlóan működik, mint egy pórázon tartott kutya, amely felfelé húzza gazdáját. Az elektronok a gravitáció ellenében húzzák magukkal az ionokat, így ezek szabadulnak ki a légkörből. Évtizedekig a tudósok csak feltételezték ennek a mezőnek a létezését, de a technológia, amellyel mérhetővé vált volna, eddig nem állt rendelkezésre.

A NASA Endurance küldetése: az áttörés

2016-ban a kutatók egy speciális rakéta kifejlesztésébe kezdtek, amely képes lenne mérni a feltételezett, rendkívül kis feszültségkülönbséget, amely több száz kilométeren keresztül húzódik a légkörben. Ez a folyamat a NASA Endurance küldetéséhez vezetett, amelyet 2022 májusában indítottak el a Norvégia partjaitól északra fekvő Spitzbergákról.

A Spitzbergák az egyetlen hely a világon, ahol az ambipoláris elektromos mezőt érzékelni lehet. A pólusok körül a Föld mágneses mezeje olyan "nyitott mágneses vonalakat" hoz létre, amelyek az űrbe nyúlnak, lehetővé téve a szükséges méréseket. Ahogyan a kutatás társszerzője, Suzanne Imber professzor elmagyarázta: "Az elektronok a mágneses mezőhöz kötődnek, ezért csak a pólusok felett észlelhető, ahol a mezővonalak a felszínről a világűrbe nyúlnak."

Mindezt tovább nehezítette, hogy ezek a mágneses vonalak folyamatosan mozognak, ami azt jelentette, hogy az időzítés kulcsfontosságú volt. Ha a rakétát rosszkor indítják el, az egész kísérlet kudarcba fulladhatott volna. Imber professzor szerint: "Katasztrófa lenne, ha rossz időben indítanánk a rakétát - csak egy esélyünk van az ilyen kísérletekre."

A csapat azonban a hóviharok és a folyamatosan változó mágneses mezők ellenére sikeresen elindította rakétáját, amely 768 kilométeres magasságba emelkedett. A rakéta 19 perc múlva a Grönlandi-tengerbe csapódott vissza. A rakéta által gyűjtött adatok szerint 518 kilométeres magasságban egy mindössze 0,55 voltos feszültséget észleltek.

Hatása a Föld légkörére és lakhatóságára

Annak ellenére, hogy ez a feszültség nagyon kicsi, elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza a sarki szelek kialakulását. Collinson doktor elmondta: "Fél volt szinte semmi, de ez éppen elég ahhoz, hogy megmagyarázza a sarki szelet."

Ez a kis elektromos mező kritikus szerepet játszik a Föld ionoszférájának alakításában, amely a légkör egyik rétege, ahol a töltött részecskék kölcsönhatásba lépnek. A kutatók szerint az ambipoláris mező akár 271%-kal is megemelheti az ionoszféra magasságát, mint egy futószalag, amely felhúzza a légkört a világűrbe.

Ez a felfedezés segíthet megérteni, miért van még mindig víz a Földön, míg más bolygók, például a Vénusz és a Mars kiszáradtak. A Vénusz Expressz küldetése során a kutatók felfedezték, hogy a Vénusz ionoszférája egy 10 voltos elektromos mezőt generál, amely sokkal erősebb, mint a Földé. A napfény hatására a vízben található oxigénionok és a hidrogén szétválik, és ez az erős elektromos töltés kiszívhatta a vizet a világűrbe.

Az idők során ez a folyamat üres bolygót hagyott maga után. A Föld sokkal gyengébb ambipoláris elektromos mezője azonban hozzájárulhatott ahhoz, hogy a víz itt maradjon, és ezáltal lehetővé tette az élet kialakulását.

Tágabb következmények

Mivel ezt az elektromos mezőt csak most fedezték fel, a kutatók még mindig vizsgálják, milyen hatással lehetett a Föld fejlődésére. Collinson doktor kiemelte: "Minden bolygónak, amelynek van légköre, ambipoláris mezője kell, hogy legyen. Most, hogy végre megmértük, elkezdhetjük megérteni, hogyan alakította bolygónkat és más bolygókat az idők során."

Az ambipoláris elektromos mező felfedezése új nézőpontot kínál arra vonatkozóan, hogyan fejlődnek a bolygók és hogyan őrzik meg atmoszférájukat. Segíthet a tudósoknak megérteni azokat a tényezőket, amelyek meghatározzák, hogy egy bolygó hosszú távon lakható-e, és miért maradt a Föld egyedülállóan alkalmas az élet fenntartására a Naprendszerben. (1)

(1) - https://science.nasa.gov/science-research/