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

Археология в 2019 году: несколько интересных находок Археология в 2019 году: несколько интересных находок

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Транзит по-сталински Транзит по-сталински

Как за полгода до смерти Сталин затеял радикальную реформу управления

Огонёк
Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
Как правильно выбрать мужской костюм на разные случаи: от классики до кэжуала Как правильно выбрать мужской костюм на разные случаи: от классики до кэжуала

Пора принарядиться!

Playboy
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
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
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды

Первая мировая война стала ареной для испытаний различных видов нового оружия

Популярная механика
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Запах женщины Запах женщины

В чем секрет неиссякаемого потока энергии и энтузиазма Антонио Бандераса

Grazia
В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов

Оптические телескопы системы МАСТЕР помогают астрономам разных стран

Наука и жизнь
5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях 5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях

Писатели-фантасты об актуальных проблемах экологии

Популярная механика
Берут – беги Берут – беги

Теневая экономика России настолько велика, что называть ее теневой даже неловко

Esquire
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
Достучаться до небес Достучаться до небес

Заключенный концлагеря угоняет с их секретной военной базы бомбардировщик

Вокруг света
Как избежать конфликтов из-за наследства. 5 советов Как избежать конфликтов из-за наследства. 5 советов

Реальные кейсы и несколько вариантов разрешения конфликтов вокруг наследства

СНОБ
Королева детективов: 9 мифов об Агате Кристи Королева детективов: 9 мифов об Агате Кристи

«Убийца — дворецкий»: как на самом деле писала Агата Кристи

Вокруг света
Уроки польского Уроки польского

Еврейская история на улицах Кракова

Огонёк
9 безумных гаджетов, которые реально существуют 9 безумных гаджетов, которые реально существуют

Инженеры не перестают удивлять оригинальными решениями, делающими жизнь проще

Популярная механика
Не последние солдаты Не последние солдаты

Генерал-майор и правозащитник рассказывают о чеченском конфликте

Русский репортер
Нежная промзона. Как женщины делают карьеру в тяжелой промышленности Нежная промзона. Как женщины делают карьеру в тяжелой промышленности

Женщин на позициях среднего и высшего уровня в российской промышленности — 30%

Forbes
Их союз выдержал испытание Их союз выдержал испытание

Мы можем дружить годами и семьями, а потом происходит что-то и связь обрывается

Psychologies
Кто ближе к телу Кто ближе к телу

В команде президента Украины произошла первая важная замена

Огонёк
Разделение сетей Разделение сетей

Forbes посчитал стоимость российских интернет-компаний и оценил продажи в Рунете

Forbes
Самое крупнокалиберное орудие в мире Самое крупнокалиберное орудие в мире

Как вы думаете, какое орудие — самое крупнокалиберное в мире

Популярная механика
5 невероятно романтичных поступков влюбленных людей 5 невероятно романтичных поступков влюбленных людей

Как люди по всему миру искренне и смело демонстрируют свою любовь

Cosmopolitan
«Мы продолжим делать то, чему он учил». Декан факультета социальных наук «Шанинки» Виктор Вахштайн о Теодоре Шанине «Мы продолжим делать то, чему он учил». Декан факультета социальных наук «Шанинки» Виктор Вахштайн о Теодоре Шанине

Виктор Вахштайн — о своем учителе, коллеге и друге Теодоре Шанине

СНОБ
Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких

Принято считать, что в браке надо открыто обсуждать обиды

Psychologies
Записки политолога Записки политолога

Мы рискуем опоздать с любыми мерами по спасению системы

Эксперт
«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
Открыть в приложении