歴史上の出来事の日付である2024年8月28日、科学者らは、60年以上前に存在が提唱された地球規模の力「両極性電場」の測定に初めて成功したと報告した。NASAの弾道飛行ミッション「エンデュランス」の結果により、この電場の存在が確認され、その強さが測定されるとともに、極域上空の大気から低温の粒子がどのように脱出するのかを説明する一助となった。この研究は『Nature』に掲載された。
宇宙船は1960年代後半以降、いわゆる極風を検出していた。これは、北極と南極の上空で大気から宇宙へ流れる荷電粒子の流れである。太陽による加熱で大気損失の一部は説明できたが、極風に含まれる多くの粒子は超音速で移動しているにもかかわらず、加熱された形跡を示さなかった。そのため研究者らは、別の力が粒子を持ち上げているのではないかと考えた。
両極性電場は、高度約250キロから、大気中の原子が負に帯電した電子と正に帯電したイオンに分かれる場所で生じる。電子ははるかに軽く、脱出しやすい一方、重いイオンは重力によって落下する傾向がある。両者の反対の電荷が、二つの集団の分離を防ぐ電場を生み出す。イオンが電子を下向きに引く一方で、電子はイオンを上向きに引き、大気を上方へ広げ、一部のイオンを極風に加わるのに十分な高度まで押し上げる。
その効果はどの一点においても極めて微弱であり、このため直接検出は数十年にわたって技術的に困難だった。NASAゴダード宇宙飛行センターのグリン・コリンソンらは2016年、適切な観測装置の開発に着手した。ロケットが必要な測定値を収集しながら極風を通過できることから、北極近くにあるノルウェー領の群島スバールバル諸島からの弾道飛行を選んだ。
エンデュランスは2022年5月11日に打ち上げられ、高度768.03キロに到達し、19分後にグリーンランド海へ着水した。垂直方向322マイルの範囲にわたり、搭載機器はわずか0.55ボルトという、腕時計用電池の電圧に匹敵する電位の変化を検出した。小さな値ではあるものの、観測された粒子流出を説明するには十分だった。
この発見により、両極性電場は、地球の大気に基本的な影響を及ぼす力として重力や磁気と並ぶ位置付けとなった。また、電離層がどのように形成され、大気が長期間にわたってどのように進化するかを研究するための、より確かな基盤を研究者に与える。大気の保持と損失は惑星の環境に影響するため、この測定結果は、科学者が地球と他の天体を比較し、どのような環境が生命の生存に適している可能性があるかを評価するうえでも役立つかもしれない。この結果はまた、従来の観測機器では捉えられないほど微弱な力でも、地球の上空数百マイルにわたって継続的に作用すれば、時間の経過とともに大気に大きな影響を与え得ることを示している。
