Láthatatlan energiamező veszi körül a Földet

Mint ismert, a Föld nem csupán egy űrben lebegő sárgolyó, hanem egy olyan sárgolyó, amit különböző mezők vesznek körül. A gravitációs és mágneses mezőt már ismerjük, bár mindkettővel kapcsolatban vannak megválaszolatlan, alapvető, tudományos kérdések.

Bár a kvantummechanikával nem összeegyeztethető, Einstein 1905-ös általános relativitáselmélete az eddig leginkább bevált és megfigyelésekkel alátámasztott elmélet a gravitációról, ami a tömeg által okozott téridő görbületként írja le azt. A gravitációs mező elsősorban azért fontos, mert biztosítja, hogy a bolygó ne szóródjon szét az űrben. Másrészt biztosítja, hogy legyen légkör és a levegő se szálljon el a semmibe.

A nehézkedésnél valamivel közvetettebben értelmezhető, de ugyanannyira döntő jelentőségű a Föld mágneses mezeje. Ezt elképzeléseink szerint a bolygó magjában mozgó vezető anyag kinetikus energiája kelti, ami egyfajta eltérítő pajzsként védi a légkört és a felszínt a Napból és a mély űrből érkező sugárzástól.

A fentiekhez csatlakozik az ambipoláris mező, egy elektromos energiamező, amelynek létezése több mint fél évszázada merült fel – ennek valódiságát most a NASA munkatársai igazolták a Nature hasábjain megjelent beszámolójukban.

Káoszréteg

Az alap egy űrkorszaki megfigyelés: először 1968-ban a Föld sarkai felett haladó űreszközök műszerei mutatták ki az atmoszférából szuperszonikus sebességgel kirepülő részecskéket, amit egy addig ismeretlen mezőnek tudtak be.

Ambipoláris mezőnek hívják és egy nagy zavarkeltő. A gravitáció ellen dolgozik és az űrbe löki a részecskéket

– magyarázza Glyn Collinson, a NASA Goddard központjának csillagásza, aki szerint minden légkörrel rendelkező bolygónak van ilyen mezeje.

Az ambipoláris mező 250 kilométer magasságban keletkezik a légkör ionoszférának nevezett rétegében. Ez azért ionoszféra, mert itt a légköri atomokról lehámozza az elektronokat a kozmikus sugárzás. Az atomok így pozitív töltésű ionokká válnak és miközben a felszín felé süllyednek, a sokkal könnyebb elektronok igyekeznek az űr felé szökni. Az így keletkező plazmában egyfajta egyensúly alakul ki a töltések között, vagyis az ionokat és az elektronjaikat elektromos mező tartja össze. 

A mezőt az ionok a felszín felé húzzák, az elektronok pedig az űr felé – ez eredményezi azokat az időnként az űr felé lökődő ionokat, amiket a sarkok felett mértek egykor.

Északi küldetés

Az új mező létezését a Endurance ionoszféra kutató küldetés igazolta 2022 májusában. Ez egy Spitzbergákról felbocsátott kisebb rakéta volt, fedélzetén Collinson és kollégái műszereivel. Miután kivárták a kedvező időjárást, az eszköz 768 kilométeres magasságba emelkedett az Északi-sarkhoz közeli űrrepülőtérről, mielőtt húsz perccel később küldetése végeztével a Grönlandi-tengerbe csapódott volna. Különleges érzékenységre volt szükség, ugyanis a mező nagyon gyenge, potenciálja a mérések szerint mindössze 0,55 volt – bár így is valamivel több, mint a 0,3 volt, amire a kutatók eredetileg számítottak.

Egy fél volt, majdnem semmi – olyan erős, mint egy gombelem, de pont elég ahhoz, hogy a sarki részecskéket megbabonázza

– mutatott rá a szakember.

Ez a töltés a gravitáció 10,6-szorosával gyorsítja és lövi ki a könnyű hidrogénionokat a Föld sarkai felett. Az oxigénionokat szintén feldobálja a mező, így növeli az ionoszféra sűrűségét nagyobb magasságban.

Olyan, mint egy futószalag, feljebb emeli a légkört az űrbe

– mondta Collinson.

A hidrogén és oxigén szerepe nem elhanyagolható, ezek alkotják ugyanis a vizet. Az Európai Űrügynökség Venus Express szondája 2016-ban sokkal erősebb, 10 voltos ambipoláris mezőt talált a Vénusz körül. A kutatók szerint az erős elektromos mező gyakorlatilag addig bombázta a víz hozzávalóit az űrbe, míg teljesen ki nem szárította a bolygót. A Föld szerencséje, hogy az ambipoláris mező itt jóval gyengébb.

A mező létét igazoló mérések csak az első lépést jelentik. A gravitációhoz vagy mágneses mezőhöz hasonlóan az ambipoláris mező is fontos szerepet játszik abban, hogy életre alkalmas maradjon a bolygónk. Hogy ez a szerep hogyan alakult ki vagy változott az idők során, arról további kutatások tehetnek megállapításokat.

(NASA, Nature)