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

Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Магнит на счетчик, чтобы меньше платить: это до сих пор работает? Магнит на счетчик, чтобы меньше платить: это до сих пор работает?

Можно ли сейчас замедлить вращение счетчика магнитом?

CHIP
Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь
10 самых умных пород собак 10 самых умных пород собак

Некоторые породы собак традиционно считаются умнее других

Популярная механика
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
«Они покупают чувства» «Они покупают чувства»

Покупатели предметов роскоши стремительно молодеют

Эксперт
Пути и маршруты Пути и маршруты

Знаете ли вы, что подтолкнуло Леонарда Эйлера к созданию основ теории графов

Наука и жизнь
Женщины vs мужчины: кто основные клиенты популярных онлайн-сервисов Женщины vs мужчины: кто основные клиенты популярных онлайн-сервисов

Нужно ли учитывать гендерный состав пользователей в маркетинговом продвижении

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Однажды в Голливуде Однажды в Голливуде

Дизайнер Келли Уирстлер для своей книги обновила дом в Беверли-Хиллз

AD
Древнейшие обитатели Дикого поля Древнейшие обитатели Дикого поля

Кочевые племена господствовали в Причерноморье не менее двух тысяч лет

Дилетант
На первом свидании нужно быть честным На первом свидании нужно быть честным

Важно не скрывать своего интереса к потенциальному партнеру на первом свидании

Psychologies
Расплата «бизнес-олигархов» Расплата «бизнес-олигархов»

Акулам немецкого капитализма тоже пришлось предстать перед судом

Дилетант
Смена вех Смена вех

Апартаменты, расположенные в переоборудованном корпусе бывшей табачной фабрики

SALON-Interior
Гаврило Принцип: террорист или борец за свободу? Гаврило Принцип: террорист или борец за свободу?

Убийство эрцгерцога Фердинанда послужило спусковым крючком Первой мировой войны

Дилетант
Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток

Приготовься, сейчас мы расскажем, как пить бренди правильно

Playboy
Маэстро механики Маэстро механики

Самоучка-часовщик, который идет наперекор правилам и создает драконов и фей

Вокруг света
«Мой сын вылитый Пиноккио» «Мой сын вылитый Пиноккио»

Среди премьер Берлинского кинофестиваля — «Пиноккио» Маттео Гарроне

Огонёк
«Спорт помогает мне быть счастливой и добиваться целей» «Спорт помогает мне быть счастливой и добиваться целей»

Как регулярные тренировки помогают развивать бизнес и оставаться счастливым

Psychologies
Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка Антон Беляев: шоу «LAB», любовь и музыка

Интервью с Антоном Беляевым, музыкантом и фронтменом группы Therr Maitz

Cosmopolitan
Работай языком: что такое мьюинг и почему он может Работай языком: что такое мьюинг и почему он может

Как поддерживать подтянутый овал лица и заостренные скулы

Cosmopolitan
Дамы, ваш выход Дамы, ваш выход

Мир искусства, дизайна и архитектуры был бы совсем другим, если бы не женщины

AD
7 продуктов для дома, которые мы используем неправильно 7 продуктов для дома, которые мы используем неправильно

Иногда мы используем знакомые нам продукты не по назначению

Популярная механика
Лепота спасет мир Лепота спасет мир

Группа «Фабрика» обрела новую участницу – Марию Гончарук

Maxim
От малотоннажной химии пошел аромат От малотоннажной химии пошел аромат

Открытие первого отечественного химического производства в Калужской области

Эксперт
Холостое и доступное: что такое охолощенное оружие Холостое и доступное: что такое охолощенное оружие

Настоящее боевое оружие, которое невозможно использовать по прямому назначению

Популярная механика
Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской

В пятом выпуске цикла про важные детские книги — повесть о плюшевом зайце

Esquire
«Ваше время истекло»: почему сессия у психотерапевта такая короткая «Ваше время истекло»: почему сессия у психотерапевта такая короткая

Почему «терапевтический час» длится меньше обычного — всего 45-50 минут

Psychologies
Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше» Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше»

Компании тоже умеют делать по-настоящему важные социальные проекты

Русский репортер
Летчики, солдаты, геймеры: как работают операторы БПЛА Летчики, солдаты, геймеры: как работают операторы БПЛА

Сочетание «человек–машина» создает проблемы и вызывает ряд непростых вопросов

Популярная механика
Открыть в приложении