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

Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Дмитрий Морозов: Отечественные дженерики, которые критикуют онкологи, на самом деле не российские Дмитрий Морозов: Отечественные дженерики, которые критикуют онкологи, на самом деле не российские

Действительно ли опасны отечественные дженерики?

СНОБ
Остров Остров

Корреспондент «Вокруг света» отправился на Курильскую гряду в экспедицию

Вокруг света
Клим Шипенко: Я режиссер, а не активист Клим Шипенко: Я режиссер, а не активист

Создатель «Холопа» и «Текста» о том, что история важнее политики и даже юмора

Русский репортер
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Нужно ли вам с девушкой расстаться? 4 признака, что это лучший выход Нужно ли вам с девушкой расстаться? 4 признака, что это лучший выход

Пора признаться себе, что все кончено

Playboy
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов

Могут ли два автомобиля одной марки и одной модели вести себя по-разному?

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
«Брачная история»: когда уходит любовь «Брачная история»: когда уходит любовь

Почему раствор, соединявший кирпичики брака, вдруг начинает рассыпаться?

Psychologies
Экю, пистоли, ливры… Экю, пистоли, ливры…

Давайте же разберёмся, что такое ливр, экю, пистоль и более поздний луидор

Дилетант
Не делай так: 12 ошибок в стиле, которые прибавят лишних 10–20 лет Не делай так: 12 ошибок в стиле, которые прибавят лишних 10–20 лет

Составили для тебя топ того, что прибавит возраст кому угодно

Cosmopolitan
Рейтинг брендов Рейтинг брендов

Бренды, которые стали заметны на рынке за год

Forbes
Что читать: отрывок из романа «Восточно-западная улица. Происхождение терминов геноцид и преступление против человечества» Что читать: отрывок из романа «Восточно-западная улица. Происхождение терминов геноцид и преступление против человечества»

Новая книга Филиппа Сэндса — интересный и живой рассказ о человеческих судьбах

Esquire
P.S. Я себя люблю P.S. Я себя люблю

Носить то, что нравится, есть то, что любишь, быть собой — разве не это счастье

Вокруг света
«Позвольте, я вас покритикую»: как распознать и остановить хамство на рабочем месте «Позвольте, я вас покритикую»: как распознать и остановить хамство на рабочем месте

Хамство — самый доступный способ самоутвердиться за счет другого человека

Forbes
Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать? Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать?

Почему рычащие кошки не мурлычут, а мурлыкающие не рычат?

Наука и жизнь
12 вещей, которые должны быть на кухне у мужчины 12 вещей, которые должны быть на кухне у мужчины

Хорошая кухня — гарантия того, что ты будешь нравиться самому себе

Maxim
Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации

Кимо Джонсон мечтал стать музыкантом, но увлекся программированием

Forbes
Малыш, а как же я? Малыш, а как же я?

Рождение ребенка само по себе не гарантия счастья, тем более мгновенного

Cosmopolitan
«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
По следам детских болезней По следам детских болезней

Детские болячки увеличивают риск развития хронических заболеваний в будущем

Здоровье
Как выдать ремонт за лофт Как выдать ремонт за лофт

Как жить и принимать гостей в квартире с недоделанным ремонтом?

Maxim
Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета

Виски нельзя, как водку, занюхивать и закусывать чем попало

Playboy
Если страсти не кипят Если страсти не кипят

Кажется, что вокруг – любовь и романтика, а ваши чувства утратили остроту

Лиза
Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд

Wanda Sports Group задумалась о продаже организатора соревнований по триатлону

Forbes
И врагов не надо: как сложились отношения Меган Маркл с близкими родственниками И врагов не надо: как сложились отношения Меган Маркл с близкими родственниками

Что известно о родственниках Меган Маркл и почему она с ними не общается?

Cosmopolitan
Параллельные истории. Как фильм про Анну Франк объединяет Холокост и современные проблемы миграции Параллельные истории. Как фильм про Анну Франк объединяет Холокост и современные проблемы миграции

Почему история девочки на войне напоминает нам о проблемах сегодняшнего дня

Forbes
ОЦ-14 «Гроза»: самый необычный российский автомат ОЦ-14 «Гроза»: самый необычный российский автомат

«Гроза» террористов

Популярная механика
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Открыть в приложении