Al tientallen jaren werd dat al vermoed, maar nu eindelijk zou zijn bewezen door NASA-onderzoekers dat de aarde een derde veld heeft: een zwak, aardeomspannend elektrisch veld. Naast het zwaartekrachtveld en het aardmagneetveld is dat dus het derde aardveld. Dat veld verhoogt de ionosfeer van de aarde met 271% en lost het tientallen jaren durende mysterie op van de poolwind die bestaat uit supersone protonen, stellen de onderzoekers.
In de jaren 60 ontdekten onderzoekers aan beide polen van de aarde protonen die razendsnel bewegen het heelal in. Waar kwam de energie daarvoor vandaan? Niet van het zonlicht of door het magneetveld, bleek al snel. Die zouden waterstofionen (protonen) verwarmen en deze ‘poolwind’ was ijskoud. Hoe konden die ionen dan toch zo snel aan de aarde ontsnappen?
“Er moet iets zijn om deze deeltjes uit de atmosfeer te katapulteren”, zegt hoofdauteur Glyn Collinson van de NASA. Wetenschappers braken zich daar al tientallen jaren het hoofd over. Eén van de aannames: er kan een zwak maar wereldomvattend elektrostatisch veld in de ionosfeer zijn. Dat zou ontstaan doordat atomen op deze hoogte worden geïoniseerd en er een plasma ontstaat uit positieve, zwaardere atoomkernen en negatieve, veel lichtere elektronen.

“Het veld ontstaat doordat de ionosferische elektronen, aangedreven door hun thermische energie, proberen de ruimte in te ontsnappen”, leggen de onderzoekers uit. De positief geladen kernen houden die kennelijk niet tegen. Als gevolg van dit ladingseffect ontstaat er een zwak, bidirectioneel en dus ambipolair elektrisch veld tussen elektronen en positief geladen ionen. Het probleem is echter dat er tot nu meetinstrumenten niet gevoelig genoeg waren om dit zwakke veld ter plekke – op een hoogte van honderden kilometers – te detecteren en te onderscheiden van andere elektrische effecten.

Slechts 0,55 volt

Dat is nu veranderd. Voor hun missie hebben Collinson en de zijnen een ​​foto-elektronenspectrometer ontwikkeld die zelfs de zwakste elektrische velden kan detecteren. Samen met andere meetinstrumenten schoten ze de elektronenspectrometer in mei 2022 vanuit Spitsbergen met een NASA-raket de poolatmosfeer in. Tijdens deze vlucht, die een hoogte van 768 kilometer bereikte, doorkruiste de NASA-missie genaamd ‘Endurance’ ook het gebied waar de mysterieuze poolwind ontstaat.

Op hoogtes tussen 250 en 768 kilometer detecteerden de meetinstrumenten een elektrische potentiaaldaling van +0,55 volt – een indicatie van een elektrostatisch veld. “Een halve volt is bijna niets, het is net zo krachtig als een horlogebatterij”, zegt Collinson. “Maar deze waarde past precies bij het verklaren van de poolwind.” Dit potentieel wordt uitsluitend gegenereerd door de naar buiten gerichte elektronen.
Enerzijds houdt dit zwakke elektrostatische veld de plasma-elektronen in de ionosfeer vast. Aan de andere kant is de aantrekkingskracht van de elektronen echter voldoende om de lichte protonen in deze plasmalaag een lift te geven. Die worden in feite door de elektronen naar boven getrokken. Die kracht is ongeveer 10,6 keer sterker dan de zwaartekracht die op deze hoogte op de protonen uitoefent, zo bepaalden de onderzoekers.

De metingen ondersteunen de veronderstelling dat het ambipolaire elektrische veld de motor is van de supersone ‘poolwind’, bestaande uit protonen en lichte ionen. Het nieuw ontdekte veld geeft ook vorm aan de structuur van de ionosfeer van de aarde. Daardoor reikt de ionosfeer ook verder de ruimte in: van 77 tot 208,9 km boven de aarde. Ook Mars, Venus of andere planeten zouden zo’n derde energieveld kunnen hebben

Bron: NASA, scinexx.de