Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизньНаука

Грозовой реактор

Совсем недавно, несколько лет назад, физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере антиматерию (позитроны) и изотопы некоторых химических элементов. А ранее были обнаружены грозовые нейтроны и гамма-излучение. Но как работает этот природный реактор?

Фото: Anna_Om/ ru.depositphotos.com

На Земле каждый год бушует огромное количество гроз. Если за полярным кругом они бывают реже одного раза в десять лет, то вблизи экватора — более трёхсот раз в году. За год более четырёх миллионов молний бьют в Землю, пополняя её электрический заряд и поддерживая её электрическое поле. Кроме того, возможны и разряды между облаками. Сила тока в канале молнии может достигать нескольких десятков, а то и сотен тысяч ампер, а температура 30 000 K. Это сравнимо с температурой самых горячих звёзд во Вселенной; напомним, что поверхность нашего Солнца нагрета «всего» на 6000 K.

В 1985 году индийские физики сообщили, что обнаружили во время грозы увеличение регистрируемых потоков нейтронов. Они три года собирали данные в Гималаях, в районе с очень сильной грозовой активностью, где в среднем бьёт 30 молний в сутки. С тех пор повышение уровня нейтронов в атмосфере во время гроз регистрировалось в многочисленных наблюдениях на различных широтах как в высокогорных условиях, так и на уровне моря и даже в ближнем космосе. Количество нейтронов во вспышке может достигать 1010. Рекордной стала гроза 9 января 2009 года в городе Сан Хосе дос Кампос (Бразилия) на высоте 610 м над уровнем моря, во время которой было зарегистрировано увеличение количества нейтронов в 1000 раз на протяжении более двух минут.

В России это явление наблюдали на космической станции «Мир» в 1991 году, на детекторе МГУ в Москве в 1998-м, Тянь-Шанской высокогорной научной станции космических лучей ФИАНа в горах Заилийского Алатау в 2010 и 2013 годах, в лаборатории Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН в долине Туймаада вблизи Якутска в 2009—2012-х. Рассказывают, что в СССР его наблюдали ещё в середине 1980-х годов, но никаких выводов тогда из этого сделано не было.

В настоящее время уже общепризнано, что грозы могут порождать потоки нейтронов. Однако механизм этого явления до сих пор окончательно не прояснён. Первоначально физики предположили, что в канале молний происходят ядерные реакции синтеза с образованием нейтронов, например из дейтерия получается гелий. Гипотезу о возможности ядерных реакций в молниях высказал ещё в 1924 году шотландский физик и метеоролог Чарльз Вильсон (изобретатель знаменитой камеры Вильсона для регистрации треков элементарных частиц и нобелевский лауреат по физике 1927 года). Однако физика того времени не могла её ни обосновать, ни проверить. Поэтому гипотеза была забыта на полвека.

О ней вспомнили в 1973 году американские физики, которые предположили, что благодаря упомянутой ядерной реакции молния способна порождать нейтроны. Их интересовал вклад грозовых нейтронов в производство изотопа углерода 14С, который используется в радиоуглеродном методе определения возраста археологических находок. Обычно предполагается, что он образуется в атмосфере при столкновении вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами азота. Поскольку датировка зависит от оценки концентрации 14С, то дополнительные «грозовые атомы» могут вносить случайные ошибки.

Другой вариант объяснения появился после того, как в 1991 году космическая Комптоновская гамма-обсерватория (НАСА) случайно обнаружила интенсивные гаммавспышки от грозовых разрядов. Исследователи, изучавшие на ней космические источники гамма-излучения, сначала посчитали это ошибкой аппаратуры, но, убедившись в реальности явления, назвали его «земными гамма-вспышками» (terrestrial gamma-ray flashes — TGF). Их особенность — малая длительность (от десятков микросекунд до нескольких секунд), сопоставимая с длительностью молний. А в 2012 году был обнаружен и другой тип гамма-излучения от грозовых облаков — так называемое гамма-свечение, которое длится гораздо дольше — от нескольких секунд до нескольких минут (рекорд — 40 минут). Гамма-излучения гроз активно изучают в последнее время различными методами. В частности, это одна из задач российского спутника «Михайло Ломоносов», запущенного в 2016 году.

Грозовое гамма-излучение может быть в 1000 раз сильнее излучения, порождаемого космическими лучами в атмосфере. Поэтому физики предположили, что его испускают электроны, разогнавшиеся до огромных скоростей в сильных электрических полях грозовых облаков. Эти же электроны в соответствии с другой гипотезой всё того же Вильсона приводят и к возникновению молний.

Однако с таким объяснением возникла проблема. Дело в том, что возникновение молнии физики связывали с явлением электрического пробоя. Пробой возникает, если имеющийся в воздухе по какой-либо причине свободный «затравочный» электрон разгоняется до высоких скоростей и, столкнувшись в атмосфере с нейтральным атомом, выбивает из него электроны. Они тоже разгоняются, выбивают ещё больше электронов и всё повторяется. Число электронов лавинообразно нарастает, делая воздух электропроводным и пригодным для прохождения электрического разряда.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Заповедные новости Заповедные новости

Восстановление после пожаров и регистрация китов — новости из заповедников

Наука и жизнь
Модник Цукерберг: как миллиардеры Кремниевой долины научились стильно одеваться Модник Цукерберг: как миллиардеры Кремниевой долины научились стильно одеваться

Все чаще известные предприниматели выходят на публику в стильных костюмах

Forbes
Что общего между рынком и цирком? Что общего между рынком и цирком?

Слова, кажущиеся совсем разными, иногда имеют общее происхождение

Наука и жизнь
Фитнес-курс на весну Фитнес-курс на весну

Как быстрее скинуть лишний вес, набранный за зиму

Худеем правильно
Олимпиада, мать царя Олимпиада, мать царя

Почему античные историки так ненавидели мать Александра Великого — Олимпиаду?

Дилетант
Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе

В отличие от большинства звезд, Бетельгейзе все знают лично

Популярная механика
Все в дом Все в дом

Благотворительный фонд Владимира Потанина более 20 лет помогает Эрмитажу

Forbes
Тест-драйв Jaguar F-type. Эпоха политкорректности Тест-драйв Jaguar F-type. Эпоха политкорректности

Обновленные купе и родстер Jaguar F-type демонстрируют разный темперамент

РБК
Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин

15 февраля аукционный дом «Литфонд» проводит аукцион редких автомобилей

Forbes
Порвался презерватив: что делать и как избежать повторения в будущем Порвался презерватив: что делать и как избежать повторения в будущем

Что делать, если порвался презерватив?

Playboy
Каково это — побывать на миланской неделе моды, не имея никакого отношения к миру моды Каково это — побывать на миланской неделе моды, не имея никакого отношения к миру моды

Мир моды — он правда такой загадочный?

Esquire
Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа

Она написала красивую сказку об идеальном мужчине

Cosmopolitan
«Люди бывают страшнее, чем сколопендры» «Люди бывают страшнее, чем сколопендры»

Актриса Наталья Бардо о том, как психолог помог ей по-новому взглянуть на жизнь

OK!
Пять самых дальнобойных супер-винтовок в мире Пять самых дальнобойных супер-винтовок в мире

Мы отобрали пять крутейших винтовок всех времен и народов

Популярная механика
Love is Love is

Мария Луговая и Сергей Лавыгин о своих чувствах и природе их семейного юмора

OK!
Подарок Белоруссии. Зачем Москва безвозмездно передает Минску по $20 млн в год Подарок Белоруссии. Зачем Москва безвозмездно передает Минску по $20 млн в год

Безвозмездные квоты на вылов Белоруссией рыбы в Балтийском и Баренцевом морях

Forbes
Археология в 2019 году: несколько интересных находок Археология в 2019 году: несколько интересных находок

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды

Первая мировая война стала ареной для испытаний различных видов нового оружия

Популярная механика
6 типов неверности: какие из них мы можем простить? 6 типов неверности: какие из них мы можем простить?

Рано или поздно измена появляется в жизни 25% пар, которые считались крепкими

Psychologies
Юра Борисов Юра Борисов

Юре достаются самые брутальные роли. Особенно удаются огнестрельные профессии

Maxim
Самый большой секрет на Уолл-стрит: как мормонская церковь в тайне создала фонд на $100 млрд Самый большой секрет на Уолл-стрит: как мормонская церковь в тайне создала фонд на $100 млрд

Мормонская церковь в США в тайне от всех создала один крупный инвестфонд

Forbes
История жизни гениального инженера-электрика ростом 130 см История жизни гениального инженера-электрика ростом 130 см

Чарльз Протей Штейнмец долгие годы возглавлял General Electric

Maxim
Как понять, что вы растворились в отношениях Как понять, что вы растворились в отношениях

Общаясь с кем-то, мы порой чувствуем, что теряем самих себя

Psychologies
Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться

Как научиться спокойно воспринимать любые ситуации и справляться со стрессом

РБК
«Инспектор мне не верил». Автомобилистов обвиняют в чужих ДТП «Инспектор мне не верил». Автомобилистов обвиняют в чужих ДТП

Из-за утечки данных из каршеринговых сервисов пострадали десятки водителей

РБК
Истребление птиц и еще 9 ошибок, которые привели к масштабным катастрофам Истребление птиц и еще 9 ошибок, которые привели к масштабным катастрофам

Незначительный просчет способен стать причиной смерти миллионов людей

Cosmopolitan
От аэросаней до пенного огнетушителя: 5 важнейших российских изобретений От аэросаней до пенного огнетушителя: 5 важнейших российских изобретений

Кто придумал сварку, почему пена тушит нефть и как придумали батареи

Популярная механика
Коварное золото: как заработать на этом драгоценном металле Коварное золото: как заработать на этом драгоценном металле

На прошлой неделе цены на золото побили очередной рекорд

Forbes
Одна вокруг света. Как трижды проехать до иранской границы и обратно Одна вокруг света. Как трижды проехать до иранской границы и обратно

Ирина Сидоренко пробралась через заснеженный перевал и посетила крепость Баязет

Forbes
Тебе не угодишь: почему некоторые всегда недовольны Тебе не угодишь: почему некоторые всегда недовольны

Почему некоторые люди не могут быть благодарными?

Psychologies
Открыть в приложении