Bilim insanları Dünya’da uzun zamandır aranan küresel bir elektrik alanı keşfetti

Uluslararası bir bilim insanları ekibi, NASA’nın alt yörüngesel roketinden elde edilen gözlemleri kullanarak, Dünya’nın yerçekimi ve manyetik alanları kadar temel olduğu düşünülen, gezegen genelindeki bir elektrik alanını ilk kez başarıyla ölçmeyi başardı.

Ambipolar elektrik alanı olarak bilinen bu alan, bilim insanları tarafından 60 yıl önce gezegenimizin atmosferinin Dünya’nın Kuzey ve Güney Kutupları üzerinden nasıl kaçabildiğini yönlendirdiği hipotezini ortaya atmıştı. NASA’nın Endurance görevi olan roketten alınan ölçümler, ambipolar alanın varlığını doğrulamış ve gücünü nicelleştirerek atmosferik kaçışı yönlendirmedeki ve iyonosferimizi (üst atmosferin bir katmanı) daha geniş bir şekilde şekillendirmedeki rolünü ortaya koymuştur.

Gezegenimizin atmosferinin karmaşık hareketlerini ve evrimini anlamak, yalnızca Dünya’nın tarihine dair ipuçları sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bize diğer gezegenlerin gizemlerine dair içgörüler sunar ve hangilerinin yaşama elverişli olabileceğini belirlememizi sağlar. Bu konu üzerine bir araştırma makalesi yayınlandı dergide Doğa.

Parçacıkları uzaya doğru çeken bir elektrik alanı

1960’ların sonlarından beri, Dünya’nın kutupları üzerinde uçan uzay araçları atmosferimizden uzaya doğru akan bir parçacık akışı tespit etti. Teorisyenler, “kutup rüzgarı” adını verdikleri bu akışı tahmin ettiler ve nedenlerini anlamak için araştırmaları teşvik ettiler.

Atmosferimizden bir miktar dışarı akış bekleniyordu. Yoğun, filtrelenmemiş güneş ışığı, havamızdaki bazı parçacıkların, bir su kabından buharlaşan buhar gibi uzaya kaçmasına neden olmalıydı. Ancak gözlemlenen kutup rüzgarı daha gizemliydi. İçindeki birçok parçacık soğuktu, ısıtıldıklarına dair hiçbir işaret yoktu – yine de süpersonik hızlarda hareket ediyorlardı.

“Bir şey bu parçacıkları atmosferden çekiyor olmalıydı,” dedi NASA’nın Maryland, Greenbelt’teki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki Dayanıklılık baş araştırmacısı ve makalenin baş yazarı Glyn Collinson. Bilim insanları henüz keşfedilmemiş bir elektrik alanının iş başında olabileceğinden şüpheleniyorlardı.

Altatomik ölçekte üretilen varsayılan elektrik alanının inanılmaz derecede zayıf olması ve etkilerinin yalnızca yüzlerce mil öteden hissedilmesi bekleniyordu. Onlarca yıl boyunca, onu tespit etmek mevcut teknolojinin sınırlarının ötesindeydi. 2016’da Collinson ve ekibi, Dünya’nın ambipolar alanını ölçme görevine uygun olduğunu düşündükleri yeni bir cihaz icat etmek için işe koyuldular.

Arktika’dan bir roket fırlatmak

Ekibin aletleri ve fikirleri, Arktika’dan fırlatılan bir yörünge altı roket uçuşu için en uygun olanıydı. Ernest Shackleton’ı 1914’teki meşhur Antarktika yolculuğunda taşıyan gemiye bir gönderme olarak, ekip misyonlarına Endurance adını verdi. Bilim insanları, Kuzey Kutbu’ndan sadece birkaç yüz mil uzaklıktaki ve dünyanın en kuzeydeki roket menziline ev sahipliği yapan Norveç takımadası Svalbard’a doğru bir rota belirledi.

İngiltere’deki Leicester Üniversitesi’nde uzay fiziği uzmanı ve makalenin ortak yazarı Suzie Imber, “Svalbard, kutup rüzgarlarını yararak uçabileceğiniz ve ihtiyaç duyduğumuz ölçümleri yapabileceğiniz dünyadaki tek roket menzilidir” dedi.

11 Mayıs 2022’de Endurance fırlatıldı ve 477,23 mil (768,03 kilometre) yüksekliğe ulaştı ve 19 dakika sonra Grönland Denizi’ne düştü. Veri topladığı 322 mil yükseklik aralığında Endurance, elektrik potansiyelinde yalnızca 0,55 voltluk bir değişiklik ölçtü.

“Yarım volt neredeyse hiçbir şey değil – sadece bir saat pili kadar güçlü,” dedi Collinson. “Ama bu, kutup rüzgarını açıklamak için tam doğru miktar.”

Kutup rüzgarlarında en bol bulunan parçacık türü olan hidrojen iyonları, bu alandan yer çekiminden 10,6 kat daha güçlü bir dışa doğru kuvvete maruz kalıyor.

NASA Goddard’daki Endurance projesi bilim insanı ve makalenin ortak yazarı Alex Glocer, “Bu, yerçekimine karşı koymak için fazlasıyla yeterli; hatta onları süpersonik hızlarda uzaya fırlatmaya yetecek kadar.” dedi.

Daha ağır parçacıklar da bir destek alır. Aynı yükseklikteki oksijen iyonları, bu yarım voltluk alana daldırıldığında, yarı yarıya daha az ağırlığa sahip olur. Genel olarak, ekip, ambipolar alanın iyonosferin “ölçek yüksekliği” olarak bilinen şeyi %271 oranında artırdığını buldu, bu da iyonosferin onsuz olacağından daha yüksek yüksekliklerde daha yoğun kaldığı anlamına geliyor.

Collinson, “Bu, atmosferi uzaya doğru taşıyan bir taşıma bandına benziyor” diye ekledi.

Endurance’ın keşfi, keşif için birçok yeni yol açtı. Yerçekimi ve manyetizmanın yanı sıra gezegenimizin temel bir enerji alanı olan ambipolar alan, atmosferimizin evrimini artık keşfetmeye başlayabileceğimiz şekillerde sürekli olarak şekillendirmiş olabilir. Bir atmosferin iç dinamikleri tarafından yaratıldığı için, Venüs ve Mars dahil olmak üzere diğer gezegenlerde de benzer elektrik alanlarının var olması bekleniyor.

“Atmosferi olan herhangi bir gezegenin ambipolar bir alanı olmalıdır,” dedi Collinson. “Artık onu nihayet ölçtüğümüze göre, zamanla gezegenimizi ve diğerlerini nasıl şekillendirdiğini öğrenmeye başlayabiliriz.”