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

Трансформируем транспорт — трансформируем жизнь Трансформируем транспорт — трансформируем жизнь

Устойчивая тенденция последних лет — развитие общественного транспорта

Наука и жизнь
Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас

В наш век научная фантастика может показаться забытым жанром, но это не так

РБК
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

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
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Лукавое равноправие: что не так с отношением к женщинам в российском бизнесе Лукавое равноправие: что не так с отношением к женщинам в российском бизнесе

Первая в истории объективная оценка гендерного равенства в российском бизнесе

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Самые фриковые охотницы на богатых мужей из шоу «Давай поженимся» Самые фриковые охотницы на богатых мужей из шоу «Давай поженимся»

Какие девушки предпочитают открывать охоту на перспективных мужчин

Cosmopolitan
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года

Готовься найти новый любимый сериал

Playboy
Подумай хорошенько Подумай хорошенько

Как нейросети читают мысли

Популярная механика
«Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов «Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов

Кого должна слушать женщина, решая, делать ли ей аборт или сохранять ребенка?

Psychologies
Художники-отравители Художники-отравители

Не судите об иглобрюхах по внешности

Вокруг света
Воспоминания внука Константина Рокоссовского о деде Воспоминания внука Константина Рокоссовского о деде

Журналистка Ариадна Рокоссовская написала книгу «Утро после Победы»

СНОБ
Оккупация и сопротивление Оккупация и сопротивление

Ответы на вопросы об оккупации и силах сопротивления Второй мировой войны

Дилетант
Game over Game over

Как разработчик игр компания Nexters за год выросла в 15 раз

Forbes
Антология протеста Антология протеста

Чтобы победить полицейское насилие, Мартин Лютер Кинг не отвечал на него

Дилетант
Пост сдал, пост принял Пост сдал, пост принял

Многие наши читатели пытаются приурочить похудение к Великому Посту

Худеем правильно
«Какая-то другая Россия». Оставят ли россиян без «партии власти» «Какая-то другая Россия». Оставят ли россиян без «партии власти»

Что Путин породил, то и убьет

СНОБ
Код независимости Код независимости

Александр Лукашенко пытается снизить влияние России на Белоруссию

Forbes
На трибунах становится тише На трибунах становится тише

Воспоминания о противоречивом человеке Юрии Лужкове

Tatler
Бег на месте: почему гонка за вечной молодостью бессмысленна Бег на месте: почему гонка за вечной молодостью бессмысленна

Тема старения в нашем обществе пока табуирована

Cosmopolitan
Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы

Эти 12 кроссоверов большинство из вас увидит впервые

Популярная механика
Гид для начинающих любителей БДСМ Гид для начинающих любителей БДСМ

Вам придется разобраться в том, что значат все эти слова

GQ
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
«Русские хорошо разбираются в новых технологиях» «Русские хорошо разбираются в новых технологиях»

Глава General Motors в России — о новинках, конкурентах и будущем Cadillac

РБК
Мы так не договаривались! Как решать разногласия в паре Мы так не договаривались! Как решать разногласия в паре

Все способы решить разногласия в паре делятся на несколько групп

Домашний Очаг
Выжить в пробках: три упражнения Выжить в пробках: три упражнения

Эти практики можно выполнять за рулем почти в любое время

Psychologies
«Любовь здесь больше не живет»: как оправиться от развода «Любовь здесь больше не живет»: как оправиться от развода

Многие спустя долгие годы после развода не могут оправиться от этого потрясения

Psychologies
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Открыть в приложении