นักวิทยาศาสตร์พบสนามไฟฟ้าที่เป็นที่ต้องการในชั้นบรรยากาศของโลก

เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้วัดสนามไฟฟ้าระดับโลกที่เป็นที่ต้องการมายาวนานในชั้นบรรยากาศของโลก ฟิลด์นี้เรียกว่าสนามไฟฟ้า Ambipolar ได้รับการคาดการณ์ว่ามีอยู่เมื่อหลายสิบปีก่อน แต่ไม่เคยตรวจพบมาก่อน

“ นั่นคือเสียงโห่ร้องครั้งใหญ่” นักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศ Glyn Collinson จากศูนย์การบินอวกาศ Goddard ของนาซ่ากล่าวในกรีนเบลต์รัฐแมรี่แลนด์“ มันเป็นสนามพลังงานดาวเคราะห์ใหม่ทั้งหมดที่ไม่เคยวัดมาก่อน!”

สนามนั้นอ่อนแอเพียง 0.55 โวลต์ - ประมาณแข็งแรงเท่ากับแบตเตอรี่นาฬิกาคอลลินสันกล่าว แต่นั่นแข็งแกร่งพอที่จะควบคุมรูปร่างและวิวัฒนาการของบรรยากาศส่วนบนคุณสมบัติที่อาจมีผลกระทบต่อความเหมาะสมของโลกของเราตลอดชีวิต

“ มันเป็นพื้นฐานของ DNA ของโลกของเรา” คอลลินสันกล่าวใครรายงานการวัดใหม่ในธรรมชาติ28 สิงหาคม.

การดำรงอยู่ของสนามไฟฟ้า Ambipolar ถูกทำนายไว้เป็นครั้งแรกในปี 1960 ตอนรุ่งสางของยุคอวกาศ ยานอวกาศยุคแรกที่บินไปทั่วเสาของโลกตรวจพบการไหลออกของอนุภาคที่มีประจุสูงจากชั้นบรรยากาศเรียกว่าลมขั้วโลก

สิ่งที่สมเหตุสมผลที่สุดที่จะอธิบายว่าลมที่รวดเร็วจะเป็นสนามไฟฟ้าในบรรยากาศ ความคิดคือแสงแดดสามารถเตะอิเล็กตรอนออกจากอะตอมในบรรยากาศส่วนบน อิเล็กตรอนที่มีประจุลบเหล่านั้นมีน้ำหนักเบาและมีพลังมากพอที่พวกเขาต้องการลอยออกไปในอวกาศ ไอออนออกซิเจนที่มีประจุบวกที่ทิ้งไว้นั้นหนักกว่าและต้องการที่จะจมลงในแรงโน้มถ่วงของโลก

แต่บรรยากาศต้องการที่จะยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้ารักษาความสมดุลที่เท่าเทียมกันระหว่างอิเล็กตรอนและไอออน สนามไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนผูกติดอยู่กับไอออนและป้องกันไม่ให้พวกเขาหลบหนี

เมื่อจัดตั้งขึ้นแล้วสนามสามารถทำหน้าที่เป็นผู้สนับสนุนสำหรับไอออนที่เบากว่าเช่นไฮโดรเจนทำให้พวกเขามีพลังงานเพียงพอที่จะหลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลกและซูมออกไปเหมือนลมขั้วโลก นอกจากนี้ยังสามารถดึงไอออนที่หนักกว่าในชั้นบรรยากาศได้มากกว่าที่พวกเขาจะไปถึงซึ่งกองกำลังอื่น ๆ สามารถตัดมันลงในอวกาศได้เช่นกัน

นั่นคือสมมติฐาน แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เทคโนโลยีในการตรวจจับสนามไม่มีอยู่จริง

“ มันคิดว่าเป็นไปไม่ได้อย่างแท้จริงที่จะทำ” คอลลินสันกล่าว “ [สนาม] อ่อนแอมากมันเป็นเพียงการสันนิษฐานว่าคุณจะไม่มีวันวัดได้”

คอลลินสันตระหนักว่าการวัดนี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้หลังจากเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาพยายามวัดสนามที่คล้ายกันในวีนัส การค้นหากระดาษที่รายงานความแข็งแกร่งของสนามโลกเพื่อการเปรียบเทียบนั้นว่างเปล่า

“ กลับกลายเป็นเรื่องตลกไม่เคยทำมาก่อน” เขากล่าว “ เราเป็นเหมือน 'เกมบน!'”

คอลลินสันและเพื่อนร่วมงานพัฒนาเครื่องมือใหม่ที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโตรมิเตอร์โดยเฉพาะเพื่อตรวจจับสนามไฟฟ้า ทีมติดตั้งสเปกโตรมิเตอร์บนจรวดชื่อความอดทนหลังจากเรือที่อุ้มเออร์เนสต์แช็คเคิลตันเพื่อสำรวจแอนตาร์กติกในปี 2457

การเดินทางไปยัง Launchpad ใน Svalbard นอร์เวย์เป็นการเดินทางที่คู่ควรกับชื่อของจรวด ทีมเดินทางด้วยเรือเป็นเวลา 17 ชั่วโมงเพื่อไปยังหมู่เกาะ Svalbard ซึ่งตั้งอยู่ห่างจากขั้วโลกเหนือเพียงไม่กี่ร้อยกิโลเมตร สมาชิกหลายคนของทีมล้มป่วยด้วย Covid-19 ระหว่างทาง และสงครามระหว่างรัสเซียและยูเครนได้เริ่มขึ้นเมื่อไม่กี่เดือนก่อน

“ ในเวลานั้นมีความกังวลใจจำนวนหนึ่งเกี่ยวกับการยิงจรวด” คอลลินสันกล่าว “ หมีขั้วโลกนั้นน้อยที่สุดเรามีสงครามและโรคระบาด”

อีกสองวันของ Blizzards ยังคงมีความอดทน เมื่อจรวดเปิดตัวในที่สุดเมื่อวันที่ 11 พฤษภาคม 2565 มันก็ขึ้นไปผ่านชั้นบรรยากาศประมาณ 770 กิโลเมตรวัดพลังงานของอิเล็กตรอนทุก ๆ 10 วินาที เที่ยวบินทั้งหมดใช้เวลา 19 นาที ในตอนท้ายจรวดสาดลงในทะเลกรีนแลนด์

ความอดทนวัดการเปลี่ยนแปลงศักยภาพไฟฟ้า 0.55 โวลต์ระหว่างระดับความสูง 248 กิโลเมตรและ 768 กิโลเมตร - เพียงพอที่จะอธิบายลมขั้วด้วยตัวเองโดยไม่มีผลกระทบจากบรรยากาศอื่น ๆ

การวัดนั้นแข็งแกร่งและน่าตื่นเต้นนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ David Brain ของมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานใหม่ แต่มันเป็นเพียงจุดข้อมูลเดียวจากจรวดเดียว “ ฉันคิดว่าผลลัพธ์นี้เป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมมากที่ระบุว่าควรมีการวัดเช่นนี้มากขึ้น” เขากล่าว

คอลลินสันเห็นด้วย เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาเพิ่งได้รับการอนุมัติจากนาซ่าสำหรับจรวดติดตาม-คราวนี้ชื่อ Resolute สำหรับเรือสำรวจอาร์กติกที่ออกเดินทางในปี 1850

เนื่องจากสนามไฟฟ้า Ambipolar ช่วยควบคุมบรรยากาศของดาวเคราะห์ได้เร็วแค่ไหนที่จะหนีไปสู่อวกาศได้อย่างรวดเร็วมันอาจมีบทบาทบางอย่างในการทำให้ดาวเคราะห์มีอัธยาศัยดีต่อชีวิต Collinson กล่าว นักวิทยาศาสตร์คิดว่าดาวอังคารเคยเป็นเหมือนโลกมากขึ้น แต่สูญเสียบรรยากาศไปสู่อวกาศเมื่อเวลาผ่านไป(SN: 11/27/15)- วีนัสอาจเคยได้รับเปียกกว่าวันนี้มาก, ด้วย(SN: 8/1/17)-

ดาวเคราะห์ทั้งสองนั้นยังมีสนามไฟฟ้า Ambipolar แต่พวกมันอาจจะดีกว่าถ้าไม่มีพวกเขา

“ ถ้ากระบวนการนี้ไม่มีอยู่ที่วีนัสและดาวอังคารฉันคิดว่ามันเป็นไปได้ที่วีนัสและดาวอังคารจะสูญเสียออกซิเจนน้อยลง” และดังนั้นน้ำน้อยกว่าสมองกล่าว

สนามไฟฟ้า Ambipolar ของ Earth ช่วยให้ออกซิเจนออกไปสู่อวกาศเช่นกัน แต่โลกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งเหนือดาวอังคารและดาวศุกร์: สนามแม่เหล็กระดับโลกเพื่อเป็นแนวทางในอนุภาคที่มีประจุรอบโลก “ สนามไฟฟ้าเป็นเครื่องยนต์ที่ทำให้อนุภาคเคลื่อนที่” Brain กล่าว “ สนามแม่เหล็กเป็นถนนที่อนุภาคเคลื่อนที่ไปตาม” สนามแม่เหล็กของโลกหมายถึงออกซิเจนสามารถหลบหนีได้ใกล้กับเสามากกว่าจากส่วนใดส่วนหนึ่งของบรรยากาศ นั่นสามารถช่วยอธิบายได้ว่าทำไมโลกถึงรักษาบรรยากาศที่น่าอยู่ให้นานกว่าวีนัสหรือดาวอังคาร

“ โดยพื้นฐานแล้วสิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์อยู่อาศัยได้คือมีหลายสิ่งหลายอย่าง” คอลลินสันกล่าว “ แต่ฉันคิดว่าการเปรียบเทียบสนามพลังงานที่แตกต่างกันเหล่านี้ข้ามดาวเคราะห์ที่แตกต่างกันเป็นวิธีที่จะตอบคำถามทำไมโลกถึงอยู่อาศัยได้ทำไมเราถึงมาที่นี่?”