• Wissenschaftler haben erstmals das ambipolare elektrische Feld der Erde erfolgreich gemessen und dessen Existenz als schwaches, den gesamten Planeten umfassendes Feld bestätigt, das die obere Atmosphäre, insbesondere an den Polen, beeinflusst.
• Das ambipolare Feld spielt eine bedeutende Rolle im Polarwind, einem Prozess, der geladene Teilchen wie Wasserstoff- und Sauerstoffionen aus der Atmosphäre in den Weltraum drückt, die Ionosphäre erweitert und zum atmosphärischen Verlust beiträgt.
• Die Entdeckung des ambipolaren Felds bietet Einblicke in die Entwicklung der Erdatmosphäre im Laufe der Zeit und lässt darauf schließen, dass auf anderen Planeten, etwa der Venus und dem Mars, ähnliche Felder existieren könnten, die deren Atmosphären möglicherweise auf ähnliche Weise formen.

Einem internationalen Wissenschaftlerteam ist es gelungen, ein planetenweites elektrisches Feld zu messen – ein sogenanntes ambipolares elektrisches Feld – das als ebenso grundlegend für die Erde gilt wie ihre Schwerkraft- und Magnetfelder.

Die Messungen wurden mithilfe von Beobachtungen einer 2022 gestarteten suborbitalen NASA-Rakete durchgeführt.

Seit den späten 1960er Jahren beobachten Wissenschaftler einen mysteriösen Partikelstrom, den sogenannten „Polarwind“, der aus der Erdatmosphäre in den Weltraum strömt.

„Etwas muss diese Partikel aus der Atmosphäre gezogen haben“, sagte Glyn Collinson, leitender Forscher von Endurance am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Hauptautor der Abhandlung.

Während aufgrund der intensiven Sonneneinstrahlung mit dem Entweichen einiger Partikel zu rechnen war, gab der Polarwind Rätsel auf, da er kalte Partikel enthielt, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegten, was darauf schließen ließ, dass sie von einer unbekannten Kraft angetrieben wurden.

Da das Feld auf einer subatomaren Skala wirkt, ging man davon aus, dass es extrem schwach ist. Seine Messung erforderte daher neue Technologien. Das Team entwickelte daher im Jahr 2016 ein innovatives Instrument, mit dem es das Feld nachweisen kann.

„Jeder Planet mit einer Atmosphäre sollte ein ambipolares Feld haben“, sagte Collinson. „Nachdem wir es nun endlich gemessen haben, können wir anfangen zu lernen, wie es unseren Planeten und andere im Laufe der Zeit geformt hat.“

Dieses schwache elektrische Feld von nur 0,55 Volt spielt eine wichtige Rolle beim Antrieb des „Polarwindes“, indem es Partikel wie Wasserstoffionen mit Überschallgeschwindigkeit in den Weltraum befördert.

„Ein halbes Volt ist fast nichts – es ist nur etwa so stark wie eine Uhrenbatterie“, sagte Collinson. „Aber das ist gerade die richtige Menge, um den Polarwind zu erklären.“

Diese minimale Ladung reicht jedoch aus, um der Schwerkraft entgegenzuwirken und Partikel, insbesondere Wasserstoffionen, in den Weltraum zu befördern. Das Feld hebt auch schwerere Partikel wie Sauerstoffionen in größere Höhen und erweitert die Ionosphäre, die elektrisch geladene Schicht der Atmosphäre, um etwa 271 %.

Die Entdeckung des ambipolaren Felds wirft Licht auf die atmosphärischen Prozesse der Erde und bietet neue Möglichkeiten, nicht nur zu verstehen, wie sich die Erdatmosphäre entwickelt hat, sondern diese Erkenntnisse auch auf andere Planeten mit Atmosphären wie Venus und Mars anzuwenden. Wissenschaftler vermuten, dass ähnliche Felder auf anderen Planeten existieren könnten und deren Atmosphären im Laufe der Zeit möglicherweise formen, wie dies wahrscheinlich auf der Erde der Fall war.

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