Atmosféru Země formuje gravitační pole, generované hmotou planety, a elektromagnetické pole, které vzniká vířením kovů v jádře. Dlouhé roky se také mluvilo o hypotetickém elektrickém poli obklopujícím naši planetu. Nyní se tento jev podařilo prokázat díky raketové misi, která byla vypuštěna z okraje Arktidy.
Ambipolární elektrostatické pole, jak je tento fenomén označován v odborných kruzích, může znít jako něco ze Star Treku. Ve skutečnosti tato neviditelná síla hraje velmi reálnou a klíčovou roli v tom, jak naše atmosféra interaguje s vesmírem.
Ambipolární elektrostatické pole
Ambipolární pole může dokonce ovlivňovat dlouhodobou obyvatelnost Země. Důsledky tohoto objevu však sahají daleko za hranice naší planety, protože přinášejí nové poznatky o atmosférách jiných planet, což může být klíčové i pro hledání mimozemského života.
Nová studie podrobně popisuje výsledky mise NASA s příznačným názvem Endurance (česky výdrž či vytrvalost). Projekt vedený Glynnem A. Collinsonem zahrnoval vypuštění speciální rakety z norského souostroví Špicberky, kde se nachází nejseverněji položená raketová základna na světě.
Tak odlehlý bod byl pro úspěch mise klíčový. „Špicberky jsou jediným místem na světě, kde můžete proletět polárním větrem a provést potřebná měření,“ vysvětlila spoluautorka studie, vesmírná fyzička Suzie Imber z Univerzity v Leicesteru.
Raketa Endurance, vypuštěná 11. května 2022, byla vybavena sadou citlivých přístrojů, které byly speciálně navrženy pro tuto misi. Hlavním přístrojem byl fotoelektronový spektrometr, který obsahoval osm senzorů umístěných na výklopných ramenech. Tyto senzory byly nastaveny tak, aby měřily elektrony pohybující se podél magnetických siločar Země.
0,55 voltů stačí k vysvětlení
Fotoelektronový spektrometr doplňovala Swept Langmuirova sonda (SLP), která měřila hustotu a teplotu elektronů, a sada FIELDS, která poskytovala další data o elektrickém prostředí kolem rakety. Tato kombinace přístrojů umožnila komplexní měření jemných elektrických změn v horních vrstvách atmosféry.
Trajektorie rakety byla pečlivě naplánována tak, aby minimalizovala rušivé vlivy a zajistila sběr dat. Raketa vystoupala do výšky 768 kilometrů, kde prozkoumala exosféru – řídký vnější okraj zemské atmosféry. Během 19 minut trvajícího letu střídala 70sekundové periody sběru vědeckých dat s krátkými 10sekundovými úseky, kdy se raketa zarovnávala s magnetickým polem Země.
Přístroje rakety naměřily ve výšce 322 kilometrů změnu elektrického potenciálu pouhých 0,55 voltů. „Půl voltu je téměř nic – je to asi tak silné jako baterie v hodinkách. Ale je to právě tolik, aby to vysvětlilo polární vítr,“ říká Glynn Collinson ve svém prohlášení.
„Polární vítr“ je proud částic proudící z atmosféry Země do vesmíru, který byl poprvé detekován satelity koncem 60. let. Zatímco určitý únik atmosférických částic vlivem slunečního záření je očekávatelný, polární vítr vědce zmátl, protože obsahoval částice pohybující se nadzvukovou rychlostí bez zjevného zdroje, který by to vysvětloval.
Vyřešená hádanka
Objev ambipolárního pole tuto hádanku vyřešil. Navzdory své slabosti má toto elektrické pole významný vliv na atmosférické částice. U iontů vodíku je síla pole 10,6× silnější než gravitace, což je více než dost na to, aby je vynesla do vesmíru nadzvukovou rychlostí.
Ambipolární pole navíc zvětšuje „výškovou škálu“ ionosféry – vrstvu horní atmosféry – o neuvěřitelných 271 %. To znamená, že ionosféra je ve větších výškách hustší, než se dosud myslelo. Collinson přirovnává tento jev k „dopravníkovému pásu, který zvedá atmosféru do vesmíru“. Tato analogie názorně ukazuje, jak ambipolární pole neustále formuje naši atmosféru a může ovlivňovat její dlouhodobý vývoj.
Nový poznatek otevírá další možnosti pro porozumění atmosférám jiných planet, jako je Venuše a Mars, a může hrát klíčovou roli při posuzování obyvatelnosti exoplanet. „Každá planeta s atmosférou by měla mít ambipolární pole,“ upozorňuje Collinson.
Výsledky vědeckého bádání byly publikovány 28. srpna v odborném časopise Nature. Toto periodikum publikuje originální výzkum z různých oborů přírodních věd, jako jsou fyzika, biologie, chemie a medicína. Časopis je známý svým přísným recenzním řízením, kde každý článek prochází pečlivým posouzením nezávislými odborníky.
Zdroje: nature.com, studyfinds.org, newatlas.com.