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

Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали

Самые невероятные истории из жизни знаменитого сюрреалиста

Вокруг света
Киоск у моря: как стать предпринимателем на Сицилии Киоск у моря: как стать предпринимателем на Сицилии

Екатерина Афонина рассказывает о покупке бара в глухой сицилийской деревне

Forbes
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно 7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно

Чего мужчина не должен стыдиться?

Maxim
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня

Рассказываем, как помочь себе самостоятельно в разгар рабочего дня

Популярная механика
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России

Российская экономика плохо переваривает инвестиции

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Звезды падают Звезды падают

«Мишленовский шок» во Франции обсуждают как новость номер один

Огонёк
Убить вождя Убить вождя

Покушение на Ленина полно вопросов

Дилетант
Уйти нельзя остаться: чего хотят россияне от Путина после 2024 года Уйти нельзя остаться: чего хотят россияне от Путина после 2024 года

Россияне боятся ухода Путина в отставку. И не напрасно

СНОБ
Первый холокост Первый холокост

Религиозный фанатизм крестоносцев первыми ощутили на себе евреи

Дилетант
Краткая история чопперов Краткая история чопперов

Знаешь, где у мотоцикла обезьянья вешалка? Слушай, значит, сюда

Maxim
Судьи под судом Судьи под судом

Процесс над судьями вскрыл преступную сущность гитлеровского правосудия

Дилетант
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Исторический рейтинг Исторический рейтинг

Tripadvisor XIX века от Императорского Русского географического общества

Вокруг света
Почему нельзя регулярно менять пароли к интернет-аккаунтам: рекомендации экспертов и софт Почему нельзя регулярно менять пароли к интернет-аккаунтам: рекомендации экспертов и софт

Регулярная смена паролей приведет к такому паролю, который будет легко взломать

CHIP
Рождение, венчание, ложная тревога и еще 4 невероятных случая в самолете Рождение, венчание, ложная тревога и еще 4 невероятных случая в самолете

Несколько удивительных историй не только о людях на борту, но и об одной кошке

РБК

Невероятные камбэки звезд, намеренных снова громко заявить о себе

Cosmopolitan
Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками? Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками?

Ни в коем случае нельзя касаться галогеновой лампы руками. Что может произойти?

CHIP
Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов

Отсутствие стратегии, безответственность и другие ошибки крупных благотворителей

Forbes
Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов

Важна ли питательная маска в уходе для волос?

Cosmopolitan
Время женщин Время женщин

Мировой капитал, сосредоточенный в руках женщин, превысит мужской капитал

Robb Report
Женский день Женский день

Восьмое марта — это не только и не столько подарки и цветы

Vogue
Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес

Как и когда правильно взвешиваться, чтобы определить точный вес до грамма

Cosmopolitan
Записались в актив Записались в актив

Надежда Оболенцева о том, стоит ли делить людей на сильных и слабых

Grazia
Больше, чем любовь: как мы встречаемся и почему расстаемся Больше, чем любовь: как мы встречаемся и почему расстаемся

Почему друзья детства редко остаются с нами, а обрести новых непросто?

Psychologies
Растяжка для начинающих в домашних условиях: лучшие упражнения Растяжка для начинающих в домашних условиях: лучшие упражнения

Растяжка позволяет обрести гибкость, лёгкость и улучшает эмоциональное состояние

Cosmopolitan
Первый украинский губернатор Первый украинский губернатор

В истории портретов случаются удивительные метаморфозы

Дилетант
Открыть в приложении