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

Слайд-шоу Слайд-шоу

Новые разработки и прототипы

Популярная механика
Одна вокруг света. Как проехать через самый опасный перевал в Ливане Одна вокруг света. Как проехать через самый опасный перевал в Ливане

60-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Остров Остров

Корреспондент «Вокруг света» отправился на Курильскую гряду в экспедицию

Вокруг света
Меган и Гарри. Неприкаянные Меган и Гарри. Неприкаянные

Сумеют ли герцоги Сассекские выдержать испытание свободой и сохранить семью?

Караван историй
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм

Дело ЮКОСа столкнуло Россию на путь «суверенной демократии»

СНОБ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Уставшие банкиры: почему многие банки оказались перед сложным выбором — или отказ от работы, или сдача лицензии? Уставшие банкиры: почему многие банки оказались перед сложным выбором — или отказ от работы, или сдача лицензии?

Российские банки в этом году продемонстрируют минимальный рост

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Соблюдая равновесие Соблюдая равновесие

Мир люкса сталкивается с серьёзными проблемами, которые связаны с экологией

Robb Report
Железные дороги победы Железные дороги победы

Какую роль играли железные дороги во Второй мировой войне

Дилетант
«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
Песнь льда и пломбира Песнь льда и пломбира

Лиза Туктамышева – просто красивая девушка, которая любит мороженое!

Maxim
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
Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки

Удается ли вам спать достаточное количество часов?

Psychologies
Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа» Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа»

Первый фильм мегаломанского проекта «Дау» показали на Берлинском фестивале

РБК
Разгром императорских покоев Разгром императорских покоев

Зимний дворец не раз подвергался серьёзной опасности

Дилетант
Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна Вещи, мысли и музыкальные наследники Курта Кобейна

Esquire разобрался в мыслях, вещах и музыкальных наследниках Курта Кобейна

Esquire
Модник Цукерберг: как миллиардеры Кремниевой долины научились стильно одеваться Модник Цукерберг: как миллиардеры Кремниевой долины научились стильно одеваться

Все чаще известные предприниматели выходят на публику в стильных костюмах

Forbes
Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры

Дальнейшая карьера – болезненный вопрос для женщин-генеральных директоров

Forbes
Та самая девочка Та самая девочка

Ольга Бузова о том, почему не стесняется быть «девочкой из «Дома-2»

Домашний Очаг
«Железные» леди 50+ «Железные» леди 50+

Эти героини доказывают: после 50 можно добиться серьезных результатов в спорте

Здоровье
Куратор рубильника Рунета: что известно о кандидате на пост главы Роскомнадзора Куратор рубильника Рунета: что известно о кандидате на пост главы Роскомнадзора

Кто сменит главу Роскомнадзора?

Forbes
«Подлинная история банды Келли»: как реальная биография 25-летнего австралийского разбойника превратилась в рассказ о травмированном матерью Робине Гуде «Подлинная история банды Келли»: как реальная биография 25-летнего австралийского разбойника превратилась в рассказ о травмированном матерью Робине Гуде

Этот фильм больше похож на трехактный спектакль

Esquire
Шестое поколение Шестое поколение

За сетями 5G уже проступают контуры следующего поколения связи

Популярная механика
«Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям «Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям

Вера Брежнева стала амбассадором ювелирной компании Mercury

Forbes
Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний

Мы решили изучить лучшие образцы остроумных завещаний

Maxim
Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира

Гид по лучшим новым городам для жизни вдали от шума мегаполисов

Forbes
У сына конфликт с одноклассником: как помочь? У сына конфликт с одноклассником: как помочь?

В ситуации разногласий или вражды помогайте ребенку проговаривать свои эмоции

Psychologies
Самые эксцентричные выходки индийских правителей Самые эксцентричные выходки индийских правителей

Легко быть безумным, когда ты запредельно богат в Индии

GQ
Открыть в приложении