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

Из помазанников Божьих в святые мученики Из помазанников Божьих в святые мученики

Расстрел царской семьи — едва ли не самый хорошо исследованный сюжет

Дилетант
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
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Как выдать ремонт за лофт Как выдать ремонт за лофт

Как жить и принимать гостей в квартире с недоделанным ремонтом?

Maxim
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
«Случались моменты насилия»: Ульяна Сергеенко о своих несчастливых браках «Случались моменты насилия»: Ульяна Сергеенко о своих несчастливых браках

Ульяна Сергеенко впервые откровенно рассказала о личной жизни

Cosmopolitan
Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Не сдавайся! Почему дурацкие советы лишь усугубляют депрессию Не сдавайся! Почему дурацкие советы лишь усугубляют депрессию

Что делать, если антидепрессанты дают лишь временный эффект

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Тест-драйв Audi A8L. Три мнения об автомобиле, греющем ступни Тест-драйв Audi A8L. Три мнения об автомобиле, греющем ступни

Рассказываем об одном из самых дорогих седанов рынка — Audi A8L

РБК
С мечтой о Мальте С мечтой о Мальте

Как российский император Павел I протянул руку помощи рыцарям-католикам

Дилетант
Роберт Паттинсон: «Перестань себя ограничивать» Роберт Паттинсон: «Перестань себя ограничивать»

Роберт Паттинсон – о настоящих чувствах и уроках соблазна

Cosmopolitan
Александр Паль: Испытание верностью Александр Паль: Испытание верностью

Александр Паль – новый русский, в котором каждый сегодня узнает «своего»

СНОБ
Тебе не угодишь: почему некоторые всегда недовольны Тебе не угодишь: почему некоторые всегда недовольны

Почему некоторые люди не могут быть благодарными?

Psychologies
Следствие по делу декабристов Следствие по делу декабристов

Офицеры на Сенатской площади и офицеры на допросах — совершенно разные люди

Дилетант
5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация 5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация

Подборку 5 книг, в которых вы найдете ответы на все вопросы о ВИЧ

Популярная механика
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
Анти-Грета: в Германии появилась противница климатического алармизма Анти-Грета: в Германии появилась противница климатического алармизма

Наоми Зайбт, в противоположность Грете Тунберг, отрицает серьезность кризиса

РБК
Эпизод десятый: в котором все неожиданно закончится, чтобы потом снова начаться Эпизод десятый: в котором все неожиданно закончится, чтобы потом снова начаться

Происходит ключевая сцена сериала — проповедь на площади Сан-Марко в Венеции

Esquire
Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами

Новые штрафы для автомобилистов в Госдуме назвали коммерческими

РБК
7 уловок рекламщиков, которые заставляют нас тратить все деньги на распродажах 7 уловок рекламщиков, которые заставляют нас тратить все деньги на распродажах

Всем любителям черных пятниц и киберпонедельников посвящается

Playboy
Как секс влияет на успех в бизнесе Как секс влияет на успех в бизнесе

На ваше поведение в постели влияют те же факторы, что и на мотивацию на работе

Forbes
**Натуральный или искусственный мех: что лучше** **Натуральный или искусственный мех: что лучше**

Споры между защитниками и противниками натуральных мехов не закончатся никогда

GQ
Красавица-каннибал: Омайма Нельсон — модель, ставшая убийцей Красавица-каннибал: Омайма Нельсон — модель, ставшая убийцей

Омайма Нельсон из Египта убила своего мужа хладнокровно и с особой жестокостью

Cosmopolitan
Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году

Лучшие предложения роутеров для квартиры на рынке

CHIP
Эмоциональная трезвость. Как грамотно оценить свои силы в работе Эмоциональная трезвость. Как грамотно оценить свои силы в работе

В бизнесе женщине довольно часто приходится защищать свою правду и интересы

Forbes
Правила жизни Стива Джобса Правила жизни Стива Джобса

Знаменитый предприниматель, один из основателей Apple

Esquire
Куртка из бананов, сумка из грибов: как растения превращаются в одежду Куртка из бананов, сумка из грибов: как растения превращаются в одежду

Каким образом получают экоматериалы и какие бренды их применяют

РБК
Мы еще повоюем: стоит ли бороться за любовь Мы еще повоюем: стоит ли бороться за любовь

Все уже привыкли к мысли, что отношения – это сложно и над ними нужно работать

Cosmopolitan
Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона

Современные телефоны — это основной инструмент медиаинфлюенсеров и фрилансеров

СНОБ
Открыть в приложении