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

Танцуют все Танцуют все

Фантастический рассказ Андрея Столярова

Наука и жизнь
Как повторить образ каждого героя фильма «Джентльмены» Как повторить образ каждого героя фильма «Джентльмены»

Стиль персонажей последнего фильма Гая Ричи «Джентльмены»

GQ
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
На свой страх и риск На свой страх и риск

Как отказаться от ненужной страховки

Лиза
«В церкви Божией разгласия» «В церкви Божией разгласия»

Почему и как образовались сразу две «параллельные» русские митрополии?

Дилетант
Записались в актив Записались в актив

Надежда Оболенцева о том, стоит ли делить людей на сильных и слабых

Grazia
Renault Arkana. Сидя на диване, её не понять Renault Arkana. Сидя на диване, её не понять

Купе-кроссовер Renault Arkana создавался специально для России

4x4 Club
Как попасть в международную компанию. 10 советов топ-менеджера Viber Как попасть в международную компанию. 10 советов топ-менеджера Viber

Работа в международной компании — призрачная мечта или достижимая реальность?

Forbes
Мистер конгениальность. Где искать профессиональных менторов и наставников Мистер конгениальность. Где искать профессиональных менторов и наставников

Основатель U Skillz рассказывает, где и чему учиться у конгениальных людей

Forbes
Самый большой секрет на Уолл-стрит: как мормонская церковь в тайне создала фонд на $100 млрд Самый большой секрет на Уолл-стрит: как мормонская церковь в тайне создала фонд на $100 млрд

Мормонская церковь в США в тайне от всех создала один крупный инвестфонд

Forbes
«Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret «Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret

Новые факты о культовом бренде, испытывающем большие проблемы

Forbes
Ребалансинг: как излечить тело с помощью телесных практик Ребалансинг: как излечить тело с помощью телесных практик

Когда официальная медицина бессильна, тяжело не сдаться и не смириться

Psychologies
Сокровенные лики Сокровенные лики

В Успенском соборе Кремля нашли уникальные фрески

Огонёк
7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно 7 вещей, за которые мужчине не должно быть стыдно

Чего мужчина не должен стыдиться?

Maxim
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
Безнадежный тупик: почему страна богатеет, а доходы граждан падают Безнадежный тупик: почему страна богатеет, а доходы граждан падают

Госбюджет России в превосходной форме, а вот в экономике все неладно

Forbes
Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие Герой Киану Ривза Константин оставил странное и удивительное наследие

Почему Константин так сильно отличается от своих преемников в комиксах

GQ
«Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера «Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера

Зимой камеры часто ошибаются, но надеяться на слой грязи на номерах не стоит

РБК
5 невероятно романтичных поступков влюбленных людей 5 невероятно романтичных поступков влюбленных людей

Как люди по всему миру искренне и смело демонстрируют свою любовь

Cosmopolitan
Смертельная лирика: 6 проклятых песен, которые на самом деле убивают Смертельная лирика: 6 проклятых песен, которые на самом деле убивают

Есть песни «с плохой репутацией» — о них-то мы сейчас и поговорим

Cosmopolitan
Суперстар Суперстар

В итальянской деревне Ачароли живут до ста лет

Esquire
Создан новый «детонирующий» ракетный двигатель Создан новый «детонирующий» ракетный двигатель

Математическая модель, которая описывает работу нового механизма запуска ракет

Популярная механика
Прокурор не из Садового кольца Прокурор не из Садового кольца

Игорь Краснов обещает сохранить независимость Генеральной прокуратуры

Эксперт
Стая товарищей Стая товарищей

Повесть о том, что значит быть собакой, и о том, что значит быть человеком

Наука и жизнь
Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль Peugeot Traveller 4х4. Моя фантомная боль

Никто не ожидал от микроавтобуса Peugeot Traveller такой прыти

4x4 Club
За и против: почему штрафы нельзя повышать в шесть раз За и против: почему штрафы нельзя повышать в шесть раз

Вячеслав Лысаков объясняет, почему повышать штрафы ГИБДД бесполезно

РБК
Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России

Особенности потенциального бестселлера Kia Seltos

РБК
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
10 главных продавцов Рунета. Рейтинг Forbes 10 главных продавцов Рунета. Рейтинг Forbes

Рейтинг крупнейших продавцов товаров и услуг в Рунете

Forbes
10 лучших автоматов и пулемётов мира 10 лучших автоматов и пулемётов мира

Война никогда не меняется в отличие от её инструментов

Популярная механика
Открыть в приложении