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

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

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Что не так с видеоповторами в футболе Что не так с видеоповторами в футболе

Почему видеоповторы стали головной болью фанатов, игроков и тренеров

GQ
Дети декабря Дети декабря

Декабристы — безумцы, герои, предатели или лучшие сыны нации?

Дилетант
Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола Страйкбол: что это за игра и чем отличается от пейнтбола

Что нужно для страйкбола, если ты захочешь попробовать поучаствовать

Playboy
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Шагреневая кожа Шагреневая кожа

Как же худеть, чтобы не пострадала кожа

Худеем правильно
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Зачем Джеффри Вирсинг портил одежду Стива Бушеми? Зачем Джеффри Вирсинг портил одежду Стива Бушеми?

Вирсинг – не вандал, а художник-реставратор

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
«Я готов к большим переменам» «Я готов к большим переменам»

Макс Барских о новых альбомах, самопознании и одиночестве

OK!
Разведка и спецоперации Разведка и спецоперации

Первая часть ответов на вопросы о подготовке спецопераций Второй мировой войны

Дилетант
Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020» Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020»

На 92-й церемонии вручения наград Американской академии бал правили бриллианты

Forbes
Властелин Европы посреди Атлантики Властелин Европы посреди Атлантики

Святая Елена стала местом смерти Наполеона и рождения наполеоновской легенды

Дилетант
3 главных причины, из-за которых миллениалов увольняют с работы 3 главных причины, из-за которых миллениалов увольняют с работы

Почему работодатели не разделяют карьерные привычки миллениалов?

Playboy
Экю, пистоли, ливры… Экю, пистоли, ливры…

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

Дилетант
Лучшие фильмы о любви с разницей в возрасте: 16 незабываемых картин Лучшие фильмы о любви с разницей в возрасте: 16 незабываемых картин

Говорят, возраст — это всего лишь число

Playboy
Булат Окуджава Булат Окуджава

Каждый год 9 мая на Трубной площади стартует фестиваль памяти Булата Окуджавы

Дилетант
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
Как бесплатно установить Windows 10 Как бесплатно установить Windows 10

Если вы еще не обновились до Windows 10, то сейчас самое время это сделать

CHIP
«Инвестклимат в России определяется ФСБ»: Сергей Гуриев о новом правительстве и «конституционном самоперевороте» «Инвестклимат в России определяется ФСБ»: Сергей Гуриев о новом правительстве и «конституционном самоперевороте»

Экономист Сергей Гуриев дал оценку новому составу правительства и реформе

Forbes
Останемся френдами Останемся френдами

Как работают сервисы онлайн-знакомств и работают ли они вообще

Вокруг света
Шеф как шелковый! Руководство по манипулированию своим начальником Шеф как шелковый! Руководство по манипулированию своим начальником

Как управлять боссом и влиять на свою зарплату

Maxim
Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги Возвращение в Острог. Пытки. Отрывок из книги

«Сноб» публикует «Песнь девятнадцатую» — главу, посвященную пыткам

СНОБ
Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе Что читать: отрывок из книги Альберто Мангеля «История чтения» — о том, что по книге можно сказать о ее читателе

Феномен чтения — многовековые сложные отношения книги и человека

Esquire
«Я разделяю комфорт и ненужные понты». Правила потребления сооснователя CarPrice Эдуарда Гуриновича «Я разделяю комфорт и ненужные понты». Правила потребления сооснователя CarPrice Эдуарда Гуриновича

Эдуард Гуринович рассказал о прививке успеха и самой обидной потере

Forbes
Как научиться быстро печатать на клавиатуре: правильная методика и эффективные тренажеры Как научиться быстро печатать на клавиатуре: правильная методика и эффективные тренажеры

Быстрая печать - необходимый навык в современном мире

CHIP
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
Воровал бананы в Китае, занимался сексом на доставке «Яндекс.Еды», ночевал в Икее. История блогера, который всегда говорит «да» Воровал бананы в Китае, занимался сексом на доставке «Яндекс.Еды», ночевал в Икее. История блогера, который всегда говорит «да»

Чтобы изменить жизнь, он решил в течении года на все предложения говорить «да»

СНОБ
Вдох-выдох Вдох-выдох

Как распознать плеврит?

Добрые советы
Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга

Бегюм Эрджияс о том, как она придумала перформансы

СНОБ
Открыть в приложении