Tento objev by nám mohl pomoci pochopit, co umožňuje život na naší planetě.
Vědci zjistili, proč může zemská atmosféra „unikat“ / foto ua.depositphotos.com
Před desítkami let vědci učinili překvapivý objev, že zemská atmosféra uniká, ale asi 60 let zůstával důvod tohoto jevu záhadou. Nyní to ale výzkumníci odhalili, píše The Washington Post.
Od konce 60. let 20. století družice nad póly detekovaly extrémně rychlý proud částic letící do vesmíru – rychlostí 20 kilometrů za sekundu. Vědci se domnívali, že gravitace a magnetické pole samy o sobě nemohou plně vysvětlit toto proudění. Musí existovat jiný zdroj, který vytváří tento „děravý faucet“.
Ukazuje se, že tato záhadná síla je podle nedávné studie dosud neznámým globálním elektrickým polem. Toto pole má pouze sílu hodinové baterie, ale stačí k vytlačení lehčích iontů z naší atmosféry do vesmíru.
Tento nově objevený aspekt naší planety poskytuje vodítka o vývoji atmosféry a možná vysvětluje, proč je Země obyvatelná. Raketový vědec NASA a hlavní autor studie Glyn Collinson říká, že elektrické pole je „agentem chaosu“. Ruší gravitaci a bez ní by naše planeta byla úplně jiná.
Nově objevené elektrické pole je pro Zemi stejně zásadní jako gravitace, říkají autoři. Najít ho ale nebylo snadné.
„Podle NASA dokáže naše Slunce zahřát a rozproudit některé částice natolik, že vyletí do vesmíru. Ale kosmické lodě, které pozorovaly tok částic na pólech – takzvaný polární vítr – ukázaly, že mnoho iontů se pohybuje extrémně rychle.“ , ale je jim zima,“ píše publikace.
Z matematického hlediska vědci již dlouho teoretizovali, že malé elektrické pole by mohlo poskytnout dostatek energie k odstranění vodíku z naší atmosféry. Pravděpodobně by však byl generován na subatomární úrovni a byl by neuvěřitelně slabý. Navíc by musel být detekován stovky kilometrů daleko.
„Myslelo se, že to nelze změřit. Je to tak slabé,“ řekl Collinson.
Ve skutečnosti musel Collinson a jeho kolegové vynalézt přístroj, fotoelektronový spektrometr, který by slabé pole změřil. Cestou lodí po dobu 17 hodin se tým vydal na místo zvané Svalbard a vypustil malou raketu, pojmenovanou Endurance, po slavném antarktickém plavidle z 1910, aby podnikl krátký výlet do vesmíru a sbíral data v reálném čase pomocí nového přístroje. .
Spektrometr rakety zaznamenal malou změnu 0,55 voltu ve výšce 477 mil (767 km). Půl voltu zní málo, ale může vystřelit lehký atom do vesmíru. U atomu vodíku je tah tohoto elektrického pole směrem nahoru 10,6krát silnější než gravitace, která jej táhne dolů, řekl Alex Glotzer, fyzik NASA a spoluautor studie.
Těžší částice také stoupají, ale tato síla nestačí k jejich úplnému vyslání do vesmíru. Glotzer říká, že těžší atomy kyslíku potřebují mnohem větší tlak – asi 10 elektronvoltů energie – aby se dostaly do vesmíru. Ale toto elektrické pole nastartuje čerpadlo a zvedne atomy kyslíku výše v atmosféře, kde je mohou ostatní procesy dokončit katapultováním do vesmíru.
„Nejpřekvapivější je, jak malé je pole a přitom jak je schopné řídit tyto globální procesy,“ řekl Derek Schaeffer, profesor fyziky plazmatu na Kalifornské univerzitě v Los Angeles, který se na studii nepodílel.
Vesmírný fyzik Philippe Escoubet, který se také na studii nepodílel, uvedl, že „jsou to fantastické výsledky“, které demonstrují významný pokrok v moderních technologiích pro měření tak malých elektrických polí ve vysokém rozlišení.
„Odlišné od jakéhokoli elektrického pole“
Země má mnoho elektrických polí, ale to nově objevené se „liší od jakéhokoli elektrického pole, se kterým se setkáváte v každodenním životě,“ řekl Collinson.
Říká se tomu ambipolární a začíná asi 150 mil nad námi, vysvětlil. Slunce svítí na atom a svléká elektron, čímž odděluje záporný elektron a kladný iont, i když jsou k sobě stále přitahovány.
Elektrony jsou lehké a samy by šťastně unikly do vesmíru, ale gravitace silněji přitahuje těžší kladný iont, řekl Collinson. Elektron se snaží odtrhnout, ale vytvoří se mezi nimi elektrická síla, která zlomu zabrání – jako když pes tahá na vodítku. Toto elektrické pole táhne v obou směrech, nebo je ambipolární, vysvětlila NASA.
Collinson řekl, že „všechny ty maličké, maličké, maličké, maličké elektrické vodiče“ přidávají k tomuto půlvoltovému potenciálu v pozadí. Čistý efekt elektrického pole zvedá ionty nahoru, aby vyletěly do vesmíru jako součást slunečního větru.
Přečtěte si také:
Kam jdou částice?
Jak částice stoupají z naší atmosféry, některé z nich cestují jedním směrem do vesmíru. Ostatní najdou cestu zpět.
Modely ukazují, že naše magnetické pole může zachytit tyto částice a tlačit je zpět k Zemi, říká Escube. Částice mohou například pršet v podobě tančících polárních září.
„Některé částice se vracejí, ale nevíme přesně, v jakém poměru se vracejí. Je to těžší změřit,“ vysvětlil Escoube.
V jiných případech mohou zůstat v ochranné bublině Země zvané magnetosféra, kde mohou ovlivnit bouře přicházející ze Slunce, řekl. Extra vodíkové ionty mohou například tlumit účinky sluneční bouře interagující se Zemí. To by byla dobrá zpráva pro naše systémy povrchové energie, které by mohly být ovlivněny přílivem slunečních částic, ale také by to mohlo snížit počet pozorování polární záře.
„Vědět přesně, jak toto pole vypadá, je důležité pro správné modelování těchto procesů na počítačích, což je zase jeden z klíčových způsobů, jak předpovídat vesmírné počasí,“ řekl Schaeffer.
Pokud se ztratí příliš mnoho částic, mohlo by to ovlivnit Zemi jinými způsoby, jak je vidět na jiných planetách. 90 tun materiálu, který každý den unikne z horní atmosféry Země do vesmíru, není mnoho, ale toto množství by se mohlo časem zvýšit, říká Escube.
Například kdysi prosperující Mars má nyní řídkou atmosféru a nepodporuje život, pokud víme. Očekává se, že každá planeta nebo satelit s atmosférou bude mít takové ambipolární elektrické pole, které může poskytnout vodítka o vývoji planety.
Země nemusí být ohrožena ztrátou atmosféry během našeho života, ale Collinson říká, že tento objev by nám mohl pomoci pochopit, co umožňuje život na naší planetě.
