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

Жизнь в магнитном поле Жизнь в магнитном поле

Как изучают незаметные для органов чувств магнитные эффекты

Наука и жизнь
И целой зимы мало И целой зимы мало

Куда податься тем, кому в этом году катастрофически не хватило снега

Лиза
Кунсткамера Кунсткамера

Миллионы улиток, толпы на переходах и мост длиной с город

Наука и жизнь
Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью Большой брат из Apple: как производитель iPhone читает личную переписку для борьбы с преступностью

Как корпорация Apple перехватывает противозаконный контент

Forbes
«Никита Пустосвят. Спор о вере» «Никита Пустосвят. Спор о вере»

Знаменитая картина Василия Перова, посвященная расправе со старообрядцами

Дилетант
Стиль милитари в мужской одежде: особенности, примеры и советы, как сочетать Стиль милитари в мужской одежде: особенности, примеры и советы, как сочетать

Приготовься к стильному уроку!

Playboy
Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой

В основе сюжета — реальные воспоминания Стеллы Нудольской о трудовом лагере

Esquire
«Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно «Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно

Израильская писательница №1 об антисемитизме, косых взглядах и любви к детям

Forbes
Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ Соединяем провода за 30 секунд с помощью колпачков СИЗ

СИЗ – что это за колпачки и почему их так любят электрики

CHIP
Как заправить газовую зажигалку: самая простая пошаговая инструкция Как заправить газовую зажигалку: самая простая пошаговая инструкция

Пора освоить новый полезный скилл

Playboy
«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
Как решиться на создание семьи Как решиться на создание семьи

Современные молодые люди все позже задумываются о создании семьи

Psychologies
Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует» Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует»

Стас Пьеха рассказал о том, как пережить развод и почему институт брака устарел

Cosmopolitan
Девушка в саркофаге: как я живу с клаустрофобией и агорафобией Девушка в саркофаге: как я живу с клаустрофобией и агорафобией

Медиахудожница рассказывает о своей жизни с агорафобией и клаустрофобией

Cosmopolitan
Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы

Как сделать депиляцию в домашних условиях с минимумом болезненных ощущений

Cosmopolitan
Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса Управляющий партнер UFG рассказала о доходах Мишустина и его семьи от бизнеса

Сколько зарабатывал Михаил Мишустин, когда он ушел на госслужбу

Forbes
Нужно ли создавать культуру стартапа в крупной компании Нужно ли создавать культуру стартапа в крупной компании

Отрывок из книги Гэри Пизано о системном подходе к инновациям в крупных фирмах

СНОБ
Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Власть феромонов: можно ли влюбить в себя с помощью запаха Власть феромонов: можно ли влюбить в себя с помощью запаха

Насколько можно доверять обещаниям на этикетках «духов Казановы»?

Популярная механика
«Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям «Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям

Вера Брежнева стала амбассадором ювелирной компании Mercury

Forbes
7 фактов о флирте 7 фактов о флирте

Флирт — это то, что происходит с момента знакомства до постели

Maxim
9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом 9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом

Стресс неизбежен, но можно научиться справляться с ним здоровыми способами

Psychologies
Филипп Сэндс: Восточно-западная улица. Отрывок из книги Филипп Сэндс: Восточно-западная улица. Отрывок из книги

В своей книге Филипп Сэндс исследует возникновение и развитие геноцида

СНОБ
Фемида против Бахуса: всемирная история борьбы с алкоголем Фемида против Бахуса: всемирная история борьбы с алкоголем

Цивилизация боролась с алкоголем хитростью и законами, но спирт все пережил

Maxim
А был ли Нальчик? А был ли Нальчик?

Кантемир Балагов сегодня все ближе к Голливудским холмам

GQ
Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна

Esquire разобрался в мыслях, вещах и музыкальных наследниках Курта Кобейна

Esquire
Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче

Юрий Квятковский о его планах на новой должности и традиционализме в цирке

СНОБ
Прикрутим все: как выбрать надежный гайковерт Прикрутим все: как выбрать надежный гайковерт

Гид по выбору и рейтинг хороших гайковертов

CHIP
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Виталий Лехциер: Гейдельбергский человек Виталий Лехциер: Гейдельбергский человек

Новые тексты Виталия Лехциера — поэта и эссеиста

СНОБ
Открыть в приложении