Otkriveno tajanstveno
polje u Zemljinoj atmosferi
Naučnici su konačno otkrili
Zemljino tajno ambipolarno polje, otkrivajući ključnu silu koja oblikuje našu
atmosferu i utiče na planetarnu evoluciju.
Izvor: B92.net Otkriveno tajanstveno
polje u Zemljinoj atmosferi Shutterstock/Triff
Slabo i teško uhvatljivo
energetsko polje koje je dugo izmicalo otkrivanju konačno je izmereno oko
Zemlje.
Poznato kao ambipolarno polje, to
električno polje je prvi put spomenuto pre više od 60 godina, a njegovo otkriće
moglo bi da bude revolucionirno za naše razumevanje ponašanja i evolucije naše
planete.
Svaka planeta sa atmosferom
trebalo bi da ima ambipolarno polje, ističe astronom Glin Kolinson iz NASA-inog
"Goddard Space Flight Centra".
Tim merenjem naučnici sada mogu
da istraže kako je to polje uticalo na Zemlju i druge planete tokom vremena.
Misterija stara gotovo 60 godina
Zemlju obavijaju različita polja,
uključujući dobro poznata gravitacijska i magnetna polja, bitna za održavanje
atmosfere netaknutom kao i za zaštitu planeta od sunčevog zračenja.
Ali 1968. godine primećen je novi
fenomen, zvučni vetar čestica koje izlaze iz Zemljine atmosfere, verovatno
pokrenut neizmerenim poljem električne energije.
To se zove ambipolarno polje.
Suprotstavlja se gravitaciji i šalje čestice u svemir, objašnjava Kolison.
Međutim, tehnologija za merenje tog polja donedavno je bila nedostupna, što je
pokrenulo razvoj rakete Endurance za istraživanje te nevidljive sile.
Ambipolarno polje deluje u
specifičnom atmosferskom sloju, počevši na visini od oko 250 kilometara iznad
Zemlje. U tom području ultraljubičasto i sunčevo zračenje jonizira atome,
stvarajući delikatnu ravnotežu između lakših elektrona i težih jona.
Ta ravnoteža rezultira
električnim poljem koje povezuje te čestice zajedno, poznato kao ambipolarno
polje, koje deluje silama u oba smera - elektroni se guraju prema gore, a joni
povlače prema dole.
Uprkos njegovoj slabosti, misija
Endurance, koja je pokrenuta 2022. godine, uspešno je detektovala to polje.
Zabelžila je neznatnu promenu električnog potencijala, samo 0,55 volti. Pola
volti je gotovo ništa, jako je otprilike kao baterija na satu, kaže Kolinson.
Taj mali naboj dovoljno je snažan
da pokrene vodonikove jone u svemir zvučnim brzinama i podigne teže jone
kiseonika, značajno povećavajući gustoću jonosfere na velikim visinama.
Naučna zajednica sada se suočava
sa intrigantnim pitanjima o širim implikacijama ambipolarnog polja.
"To polje je temeljni deo
načina na koji Zemlja funkioniše", naglašava Kolinson, a naučnici sada
mogu da započnu istraživanje njegovog uticaja na evoluciju naše planete.
Ovo istraživanje je objavljeno u
časopisu Nature.
***
Komentar
***
Glyn A. Collinson, • Alex Glocer,
• Robert Pfaff, • Aroh Barjatya, • Rachel Conway, • Aaron Breneman, • James
Clemmons, • Francis Eparvier, • Robert Michell, • David Mitchell, • Suzie
Imber, • Hassanali Akbari, • Lance Davis, • Andrew Kavanagh, • Ellen Robertson,
• Diana Swanson, • Shaosui Xu, • Jacob Miller, • Timothy Cameron, • Dennis
Chornay, • Paulo Uribe, • Long Nguyen, • Robert Clayton, • Nathan Graves, • The
Endurance Mission Team Show authors Nature volume 632, pages1021–1025 (2024)
*
Naučnici traže ambipolarno
električno polje od 1960-ih, kada su sateliti prvi put uočili polarni vetar.
"Ambi"- je prefiks iz latinskog znači "oboje", a efekti
polja se najjače osećaju na polovima. Ovo električno polje je dvosmerno, ili
"ambipolarno", jer radi u oba smera. Joni povlače elektrone sa sobom
dok tonu sa gravitacijom. U isto vreme, elektroni podižu jone na veće visine
dok pokušavaju da pobegnu u svemir. Elektroni su neverovatno lagani - i
najmanji "udarac" energije mogao bi ih poslati u svemir. Joni su
najmanje 1.836 puta teži i imaju tendenciju da tonu prema zemlji. Da je u igri
samo gravitacija, dve populacije, jednom odvojene, vremenom bi se udaljile. Ali
s obzirom na njihova suprotna električna naelektrisanja, formira se električno
polje koje ih povezuje, sprečavajući bilo kakvo razdvajanje naelektrisanja i
suprotstavljajući se nekim efektima gravitacije. Raketa, koja je ovo izmerila,
je krenula iz Svalbarda, norveški arhipelag
blizu Severnog pola. "Svalbard je jedini raketni poligon na svetu
gde možete leteti kroz polarni vetar i vršiti merenja koja su vam
potrebna", rekla je Suzi Imber
koautorka rada.
Koristeći zapažanja sa NASA-ine
suborbitalne rakete, međunarodni tim naučnika je po prvi put uspešno izmerio
električno polje širom planete za koje se smatra da je fundamentalno za Zemlju
kao i njena gravitacija i magnetna polja. Decenijama je otkrivanje ambipolarnog
polja Zemlje bilo izvan granica postojeće tehnologije. Godine 2016., Kolinson
(Collinson) i njegov tim su počeli da rade na izmišljanju novog instrumenta za
koji su mislili da je dorastao zadatku merenja ambipolarnog polja Zemlje. Što
se tiče teorije koje stoji iza ovih pomenutih fenomena: Adolf Fik je 1855., na
osnovu eksperimentalnih rezultata postavio prve zakone difuzije.
Ambipolarnu difuziju naelektrisanih
čestica u kvazineutralnoj plazmi obično pratimo Stefan-Maksvelovim zakonom
- sistemom jednačina.
Maksfel ih je formirao za gasove a slovenac Jozef Stefan za tečnosti. Koeficijenti difuzije u
tečnostima su obično oko desethiljaditi deo koeficijenata difuzije u gasovima.
Tu nam pomaže Stoks-Ajnštajnova
jednačina. U astrofizici, "ambipolarna difuzija" se posebno odnosi na
razdvajanje neutralnih čestica od plazme, na primer u početnoj fazi formiranja
zvezda.
Zoran Stokić
31.08.2024.