参与此次研究的国际团队观看了“耐力”号火箭从挪威斯瓦尔巴发射场成功发射。图片来源：美国国家航空航天局

据最新一期《自然》杂志报道，借助美国国家航空航天局“耐力”号火箭任务数据，一个国际科学家团队首次成功测量了整个地球的电场，该电场被认为与地球重力和磁场一样重要。

这种电场被称为双极电场。科学家早在60多年前就提出假设，认为它驱动着地球大气层从地球南北极逃逸。“耐力”号任务数据证实了双极电场的存在，并量化了其强度，揭示了它在驱动大气逃逸和更广泛地塑造地球电离层（上层大气层）方面的作用。

了解地球大气层的复杂运动和演变不仅为科学家提供了地球历史线索，还能让他们洞察其他行星奥秘，并判断哪些行星可能适合生命存在。

自20世纪60年代末期以来，飞越地球两极的航天器就探测到了一股从大气层流向太空的粒子流。理论家将其称为极风，并认为大气层中的外流现象可能是强烈的、未经过滤的阳光使大气中的一些粒子逃逸到太空中，就像水从锅中蒸发成蒸汽一样。

氢离子是极地风中最丰富的粒子类型，受到的向外力比重力强10.6倍。令人费解的是，观测到的极风中的许多粒子都是冷的，没有任何被加热的迹象，但它们却以超音速移动。科学家怀疑，有某种力量将这些粒子从大气层中“拉”出来，一个尚未被发现的电场可能在其中发挥作用。

“耐力”号收集的数据中，在约518公里高度范围内，电势变化仅为0.55伏特。半伏特只相当于一块手表电池的电压，但这个电压刚好可以解释极地风。研究人员表示，半伏特足以抵消重力，让粒子以超音速向上进入太空。

研究团队发现，双极电场将电离层的“标高”提高了271%。这意味着在更高的高度上，电离层仍能维持较高的粒子密度。双极电场就像一个“传送带”，将离子层“抬升”到更高位置。

双极电场作为与重力和磁场并列的地球基本能量场，可能一直塑造着大气层的演变。由于它是由大气内部动力学产生的，科学家预计，在其他行星（包括金星和火星）上也存在类似电场。