Грозовой реактор

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

Жирафы Жирафы

Грациозных гигантов все сильнее притесняют в Африке

National Geographic
Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса

Самые злые, жестокие, мизантропические фильмы об ужасах в замкнутых местах

Forbes
Критическое масло Критическое масло

Что это за масло, с чем его едят и не ест ли оно нас тем временем само?

Maxim
10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки 10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки

Прежде чем кричать, что ремейки — это свинство, сделай паузу и задумайся

Maxim
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Очень полезная fishka Очень полезная fishka

Лучшее время для рыбной диеты – зима

Лиза
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
Три миллиона за частную школу: где и за сколько учатся дети звезд Три миллиона за частную школу: где и за сколько учатся дети звезд

Знаменитости не экономят на обучении своих детей

Cosmopolitan
Вступив в эпоху электричества... Вступив в эпоху электричества...

До сих пор существует проблема преобразования сил природы в электроэнергию

Наука и жизнь
3 главных причины, из-за которых миллениалов увольняют с работы 3 главных причины, из-за которых миллениалов увольняют с работы

Почему работодатели не разделяют карьерные привычки миллениалов?

Playboy
Ее светлость Ее светлость

Эрика проделала длинный путь из закарпатской деревушки до этой волнующей обложки

Maxim
Лепота спасет мир Лепота спасет мир

Группа «Фабрика» обрела новую участницу – Марию Гончарук

Maxim
Подлинный Пестель Подлинный Пестель

Раритетный портрет Павла Ивановича Пестеля

Дилетант
Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы

Иногда то, что приносило счастье и радость, больше не вызывает никаких чувств

Cosmopolitan
Кесарю — кесарево. Почему в Конституции не должно быть Бога Кесарю — кесарево. Почему в Конституции не должно быть Бога

В России вовсю идет обсуждение поправок в Конституцию

СНОБ
В гости к антиподам В гости к антиподам

Тасмания – прекрасный остров для любителей приключений

National Geographic Traveler
Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века Гений эшафота: история самого знаменитого палача XX века

Жил-был обычный палач, который сначала стал суперзвездой, а затем изгоем

Maxim
Самый дорогой кофе в мире: 8 сортов для настоящих гурманов Самый дорогой кофе в мире: 8 сортов для настоящих гурманов

Эти зерна могут очень сильно ударить по карману

Playboy
Женщины XXI века: меняются и меняют Женщины XXI века: меняются и меняют

Что происходит с гендерными ролями в XXI веке?

Домашний Очаг
Самый влюбчивый знак зодиака - кто он? Самый влюбчивый знак зодиака - кто он?

Читай наш рейтинг самых влюбчивых знаков!

Cosmopolitan
Сбить корону с вируса Сбить корону с вируса

Нынешняя эпидемия коронавируса не первая и вряд ли последняя

Эксперт
Секретный элемент Секретный элемент

Маски для лица необходимы, когда требуется быстрый и заметный результат

Здоровье
«Я не насильница»: экс-возлюбленная принца Гарри оставила послание перед смертью «Я не насильница»: экс-возлюбленная принца Гарри оставила послание перед смертью

Родные Кэролайн Флэк обнародовали ее эмоциональные признания

Cosmopolitan
Атипичный кризис и его последствия. Получится ли у России «отсидеться в окопе» Атипичный кризис и его последствия. Получится ли у России «отсидеться в окопе»

Максимум, на что может надеяться — упасть чуть менее больно, чем остальные

СНОБ
Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет

Кому я нужен после 40?

Forbes
«У нас геев нет». В Берлине показали шокирующий документальный фильм «Добро пожаловать в Чечню» «У нас геев нет». В Берлине показали шокирующий документальный фильм «Добро пожаловать в Чечню»

Фильм «Добро пожаловать в Чечню» шокирует даже подготовленного зрителя

Forbes
Пенсионеры подарят рост: как пенсионная реформа и низкая рождаемость создали предпосылки для скачка в российской экономике Пенсионеры подарят рост: как пенсионная реформа и низкая рождаемость создали предпосылки для скачка в российской экономике

Социологи и экономисты не зря пристально анализируют демографические показатели

Forbes
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
7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно 7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно

Чего мужчина не должен стыдиться?

Maxim
«Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret «Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret

Новые факты о культовом бренде, испытывающем большие проблемы

Forbes
Открыть в приложении