Довго шукана невидима сила, що обертається навколо Землі, була виявлена більше ніж через півстоліття після того, як була висунута перша гіпотеза. Поле, яке отримало назву «полярний вітер», пояснює, як атмосфера Землі легко та швидко виходить із північного та південного полюсів, і, можливо, зіграло певну роль у формуванні тонкої верхньої атмосфери нашої планети. Вчені кажуть, що це так само важливо для нашої планети, як гравітація та магнітне поле.
«Це поле є настільки фундаментальним для розуміння того, як працює наша планета — воно було тут із самого початку разом із гравітацією та магнетизмом», — сказав Глін Коллінсон, який є головним дослідником витривалості в Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA в Меріленді, у відео агентства. «Не дивлячись на те, що він слабкий, він неймовірно важливий — він протидіє гравітації і практично піднімає небо».
Вперше гіпотеза про існування родовища була висунута понад 60 років тому. Дійсно, кілька космічних апаратів, які пролітали над полюсами Землі наприкінці 1960-х років, виявили потік частинок з атмосфери, що вилітають у космос із надзвуковою швидкістю. Вчені знали, що сонячне світло спричиняє витік частинок з атмосфери в космос, «подібно до пари, що випаровується з каструлі з водою», але частинки, виявлені цими космічними кораблями, не мали жодних ознак того, що вони нагрілися.
«Щось повинно було витягнути ці частинки з атмосфери», — сказав Коллінсон у заяві NASA. Але виявлення присутності поля, яке витягує частинки, яке є невидимим і дуже слабким — його коливання можна відчути лише за сотні миль — було поза межами технологій того часу.
У 2016 році Коллінсон і його колеги почали розробку датчиків для запуску міжнародної ракети-зонда Endurance, а в травні 2022 року одна з суборбітальних ракет, оснащена вісьмома спеціалізованими інструментами, була запущена з ракетного полігону Шпіцберген у Норвегії, лише за кілька сотень миль від Північний полюс. Це розташування дало ракетам ідеальну точку зору для вивчення унікального атмосферного явища.
«Шпіцберген — це єдиний ракетний полігон у світі, де можна пролетіти крізь полярний вітер і зробити необхідні нам вимірювання», — сказала в заяві співавтор дослідження Сьюзі Імбер, космічний фізик з Університету Лестера у Великій Британії.
Під час 20-хвилинного польоту Endurance досяг висоти близько 477 миль (768 кілометрів) і зібрав дані в 322-мильної (518-кілометровій) частині атмосфери. У ній занесено в каталог швидкоплинну зміну напруги на 0,55 вольта, що «майже нічого — воно настільки ж потужне, як батарейка годинника», — сказав Коллінсон. «Але це якраз те, що потрібно для пояснення полярного вітру».
За оцінками вчених, поле починається приблизно в 150 милях (250 кілометрах) над поверхнею, де атоми в атмосфері поділяються на негативно заряджені електрони та позитивно заряджені іони, які більш ніж у 1800 разів важчі за електрони. Відповідно до заяви NASA, враховуючи їхні протилежні електричні заряди, утворюється електричне поле, яке «зв’язує їх разом», протидіючи безперервному тяжінню гравітації та дозволяючи деяким частинкам покинути космос у цьому процесі.
Дослідники виявили, що іони водню, яких у великій кількості містить полярний вітер, відчувають зовнішній поштовх від поля, який у 10,6 раза сильніший за силу тяжіння. «Цього більш ніж достатньо, щоб протистояти гравітації — насправді, цього достатньо, щоб запустити їх у космос на надзвукових швидкостях», — сказав у заяві співавтор дослідження Алекс Глосер, який є науковим співробітником місії Endurance в NASA Goddard.
Було виявлено, що іони кисню, які важчі за свої водневі аналоги, також отримують прискорення швидкості від полярного вітру. «Це як цей конвеєр, який піднімає атмосферу в космос», — сказав Коллісон.
Оскільки полярний вітер стимулюється динамікою всередині Землі, вчені очікують, що він буде присутній на інших планетах, включаючи Венеру та Марс. Докладніше вивчення явища також може виявити підказки про його вплив на еволюцію нашої атмосфери та її відбитки в наших океанах, сказав Коллінсон.
«Це поле є фундаментальною частиною того, як працює Земля, і тепер, коли ми нарешті виміряли його, ми можемо почати задавати деякі з цих більших і хвилюючих запитань».
Коллінсон і його колеги описують свої відкриття в статті, опублікованій у середу (28 серпня) в журналі Nature.