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

Наследников у вождей не бывает Наследников у вождей не бывает

25 мая 1922 года у Ленина случился удар. Казалось, он не выживет

Дилетант
Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны

Талантливый инженер Роберт Маллет создал самую большую мортиру

Популярная механика
Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь
Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт

Майк Багал попал в ресторанный бизнес случайно — не нашел работу и стал поваром

Forbes
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
«Вперед»: социальное роуд-муви от Pixar с монстрами и чуточкой волшебства «Вперед»: социальное роуд-муви от Pixar с монстрами и чуточкой волшебства

Удалось ли создателям прочувствовать аудиторию, о которой они говорят

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как приседать правильно? Как приседать правильно?

Хотите укрепить суставы, подтянуть ягодицы и бедра? Приседайте!

Домашний Очаг
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
«Дети ворона» Юлии Яковлевой — книга для детей, которую нужно прочитать и взрослым «Дети ворона» Юлии Яковлевой — книга для детей, которую нужно прочитать и взрослым

Эпическая сага о детях, живущих в сталинские годы

Esquire
Хранители Хранители

Как буйволы стали национальным достоянием Индонезии

Вокруг света
5 аксессуаров,  которые сделают твой гардероб более стильным 5 аксессуаров,  которые сделают твой гардероб более стильным

Какие аксессуары стоит покупать прямо сейчас, чтобы выглядеть круто и трендово?

Cosmopolitan
Никон: крестьянин, патриарх, монах Никон: крестьянин, патриарх, монах

Особенности характера помогли Никону возвыситься

Дилетант
Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee

Likee сделано для лиц старше 16 лет, оно известно как «TikTok для маленьких»

СНОБ
«Русский немец белокурый едет в дальнюю страну…» «Русский немец белокурый едет в дальнюю страну…»

Иногда при атрибуции портретов поиск приводит к двум кандидатам

Дилетант
«Мой сын вылитый Пиноккио» «Мой сын вылитый Пиноккио»

Среди премьер Берлинского кинофестиваля — «Пиноккио» Маттео Гарроне

Огонёк
Мать-и-мачеха? Медуница? И впрямь не узнать! Мать-и-мачеха? Медуница? И впрямь не узнать!

У этих растений весной и летом совершенно разное обличье

Наука и жизнь
Колдовство онлайн Колдовство онлайн

В цифровой век меняется все, кроме человека

Огонёк
История Чарльза Линдберга: человека, который первый в одиночку перелетел Атлантический океан История Чарльза Линдберга: человека, который первый в одиночку перелетел Атлантический океан

Чарльз Линдберг — американский лётчик, совершивший трансатлантический перелёт

Maxim
Не надо стесняться Не надо стесняться

Некогда теневой игрок женского гардероба становится главным героем сезона

Vogue
Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью

И в психологии есть чему поучиться у братьев наших меньших

СНОБ
Тренировка для эффективного сжигания жира — минус 500 калорий за час Тренировка для эффективного сжигания жира — минус 500 калорий за час

Похудение — задача не из простых

Cosmopolitan

Повесть Дарьи Дацук "Голос" о девочке, пережившей террористический акт

Esquire
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
Хозяйка замка Хозяйка замка

Марси Холтес открывает для публики французское шато с 250-летней историей

Robb Report
Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ

Раскол внутри РПЦ разделяет верующих не меньше реформы патриарха Никона

СНОБ
Определение бога в философии Спинозы Определение бога в философии Спинозы

Книга Энтони Готтлиба «Мечта о просвещении. Рассвет философии нового времени»

СНОБ
MAXIM рецензирует румынский нуар «Свистуны» MAXIM рецензирует румынский нуар «Свистуны»

«Свистуны» — олицетворение классического нуара

Maxim
Женщины предпочитают бородатых? Женщины предпочитают бородатых?

Почему девушек так привлекают бородатые мужчины?

Psychologies
Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет Снимите белое пальто: как сохранить хорошую должность после 40 лет

Кому я нужен после 40?

Forbes
Открыть в приложении