Сколько кислорода теряет наша планета?

Ученые обнаружили мистическую пробоину. Атмосфера Земли оказалась «неплотной» - она ежедневно теряет тонны кислорода, улетающего в окружающее космическое пространство. Как точно происходит этот исток, и какую роль в этом играют определенные полярные сияния, ученые NASA исследуют как раз сейчас на Шпицбергене с помощью измерительных ракет. Задача этого исследования - впервые точно определить, сколько кислорода теряется на дневной стороне Земли.  И первые результаты уже получены.

Шпицберген находится прямо под зоной магнитного поля Земли, через которую в космос «выветривается» особенно много кислорода. © NASA/ Ahmed Ghalib

Атмосфера нашей планеты - это важное условие для существования жизни на Земле. Но газовая оболочка нашей планеты, несмотря на защитное магнитное поле, все же подвержена воздействиям из космоса. И это ведет к тому, что небольшие количества газов постоянно диффундируут в космос. Причем «небольшие количества» - это от нескольких сотен до нескольких тысяч тонн в сутки. Правда, биологические процессы, как, например, фотосинтез растений, заботятся о том, чтобы эти потери большей частью компенсировались. Но, тем не менее, атмосфера очень медленно, но постоянно теряет свою массу.

Но при этом загадкой видится то, что кислород представляет собой относительно тяжелый газ. А это значит, что он должен был бы удерживаться силой земной гравитации. «Чтобы противостоять земному притяжению, кислороду необходимо получать в сто раз больше энергии, чем этот газ имеет в нормальных условиях», - объясняет Дуглас Роулэнд из Центра космических полетов Годдарда NASA. - «Поэтому теоретически можно было бы допустить улетучивание лишь крошечных частей кислорода».

Полярные сияния и фонтаны кислорода

Но, похоже, это совсем не тот случай. Когда ученые в 1960 и 1970 годах проводили первые измерения в верхних слоях атмосферы и аи границе с космическим пространством, они обнаружили там значительно больше кислорода, чем предполагалось. «Но как он попал туда? Необходимы определенные процессы, которые обеспечивают кислород достаточной энергией для того, чтобы он поднимался на большие высоты и оттуда мог попадать в космос», - говорит Роулэнд.

В двух близких к полюсам точках магнитного поля Земли имеются «порталы» с космосом, так называемые polar Cusps. © Andøya Space Center/ Trond Abrahamsen

И возможное объяснение этому странному явлению ученые нашли несколько лет назад: полярные сияния. Эти сияния создают не только фантастические световые картины в небе, они привносят с собой также энергонасыщенные частицы и электрические потоки, которые нагревают верхние слои атмосферы. И этого тепла в некоторых местах оказывается достаточно, чтобы придать кислороду необходимый энергетический толчок. И, как показывают измерения, в первую очередь эти авроры провоцируют выброс целых фонтанов атмосферных газов в космос на ночной стороне Земли и вблизи ее полюсов.

От Шпицбергена в зону утечки

Но что же происходит на дневной стороне? Бьют ли и здесь такие кислородные фонтаны? Чтобы это выяснить, исследователи NASA в рамках проекта VISIONS-2 запустили со Шпицбергена в космос первую измерительную ракету. Она измеряет концентрацию газов, потоки частиц и электрические параметры и может поставлять данные о том, что происходит там, вверху. За первой ракетой последует и вторая.

При этом в выборе места для исследования решающую роль сыграло то, что Шпицберген располагается прямо под своеобразным полярным порталом в земном магнитном поле, так называемым polar Cusp. В этой зоне частицы солнечного ветра проникают в земную атмосферу дальше, чем где-либо в других местах. Это создает полярные сияния и днем, а вместе с этим и возможный «лифт» для атмосферного кислорода. Исследователи предполагают, что через эти полярные магнитные мосты в космос исходит особенно много кислорода.

«Атмосферные фонтаны» и на дневной стороне

Предварительные результаты первой измерительной ракеты это подтверждают. «Я полагаю, что «атмосферные фонтаны» мы уже видим в полученных данных», - считает Роулэнд. Но необходимо проведение новых и дополнительных анализов. При этом ученые ставят перед собой и задачу не только выявить места «течи», но и проникнуть в суть разницы между «пробоинами» на ночной стороне Земли и потерями газа в высшей полярной точке на дневной стороне.

«Исход ионов в этой высшей точке дневной стороны более постоянный и имеет более низкие энергии, чем на ночной стороне», - говорит Роулэнд. - «К тому же условия в этой зоне иные, чем в местах утечек на ночной стороне. Поэтому мы ищем в них в них и общее, и различия». Результаты этих долгосрочных измерений представляют интерес не только для нашей собственной планеты, но могут помочь в будущем лучше понять развитие экзопланет, а также нашего ближайшего соседа - Марса».