NASA首次探測到覆蓋地球的「雙極電場」

科學家在六十多年前首次提出地球四周有電場的假設。如今，他們首次成功探測到地球的雙極電場（ambipolar electric field），也就是覆蓋全球的微弱電場，它與地球的重力場和磁場一樣重要。

美國太空總署（NASA）在8月28日指出，藉由該局的次軌道火箭觀測結果，一個國際研究小組首次成功測量了整個地球範圍的電場。對地球來說，該電場被認為與重力場和磁場一樣重要。

科學家在上個世紀60年代觀察到從地球南北極上空的大氣層流入太空的神秘粒子流，並稱其為「極風」（polar wind）。其中許多粒子都相當冷、沒有被加熱的跡象。他們因此提出假設，地球四周存在著雙極電場，是「極風」的主要推手。

現在，NASA「耐力」（Endurance）項目的火箭測量結果證實了這個雙極電場的存在，並量化了其強度。這揭示了它在驅使大氣逃逸和更廣泛地塑造電離層（Ionosphere，高層大氣層）方面的作用。

NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的天文學家暨「耐力」項目的首席調查員柯林森（Glyn Collinson）說：「任何有大氣層的行星應該都有雙極電場。現在，我們終於測量到它。我們可以開始了解它如何隨著時間的推移塑造我們的行星和其它星球。」

NASA表示，了解地球大氣層的複雜運動和演化不僅可以為了解地球的歷史提供線索，還可以讓我們洞悉其它行星的奧秘，並確定哪些行星可能適合生命生存。

上述研究成果於8月28日發表在《自然》（Nature）期刊上。

圖為地球的雙極電場。（NASA）

科學家推測，雙極電場應該始於距離地表大約250公里的高度，大氣中的原子在此分解成帶負電的電子和帶正電的離子。

由於電子非常輕，最微量的能量衝擊就能將它們射向太空，而離子的重量至少為電子的1,836倍，往往會沉向地面。如果僅靠重力作用，電子和離子一旦分開就會隨時間逐漸疏遠。但因為電子和離子帶有相反電荷，所以會形成電場束縛彼此並抵消一些重力影響。

該電場是雙向或雙極性的，因為它在兩個方向上起作用。當離子因重力而下沉時，它們會將電子拉向下方。與此同時，當電子試圖逃逸到太空時，它們會將離子提升到更高的高度。

該電場的淨效應能延伸大氣層的高度，使一些離子提升到足以逃向太空的高度，進而形成人們看到的「極風」。

「耐力」項目的科學家格洛瑟（Alex Glocer）說，氫離子是「極風」中最豐富的粒子類型，它們受到來自雙極電場的向外力，其強度是重力的10.6倍。這足以對抗重力，甚至將它們以超音速向上射到太空中。

而較重的粒子也會受到該電場的提升。在同一高度，受電場影響的氧離子的重量只有原來的一半。

總體來說，研究人員發現，雙極電場使電離層的標高（scale height）增加了271%。#

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