Грозовой реактор

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

Критическое масло Критическое масло

Что это за масло, с чем его едят и не ест ли оно нас тем временем само?

Maxim
Самооценка или самоценность — что выбираете? Самооценка или самоценность — что выбираете?

О том, что такое самоценность и в чем ее отличие от самооценки

Psychologies
Орловы Орловы

Орловы в короткий срок они смогли возвыситься и добиться влияния при дворе

Дилетант
Счастливый брак — путь к лишнему весу? Счастливый брак — путь к лишнему весу?

Счастливые отношения повышают шансы набрать лишний вес

Psychologies
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Возможен ли счастливый брак, если нет общих интересов Возможен ли счастливый брак, если нет общих интересов

Можно ли создать счастливый союз, если нас не связывают общие интересы

Psychologies
В новый год – с новой китайской заразой: самые важные вопросы и ответы по коронавирусу 2019-nCoV В новый год – с новой китайской заразой: самые важные вопросы и ответы по коронавирусу 2019-nCoV

Вся известная информация и ответы на главные вопросы о коронавирусе

Naked Science
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Философский камень, или немного sapientia ex cupro Философский камень, или немного sapientia ex cupro

Идеи вечной жизни, молодости и излечения от всех болезней не умерли

Наука и жизнь
«Позвольте, я вас покритикую»: как распознать и остановить хамство на рабочем месте «Позвольте, я вас покритикую»: как распознать и остановить хамство на рабочем месте

Хамство — самый доступный способ самоутвердиться за счет другого человека

Forbes
О чём пишут научно-популярные журналы мира О чём пишут научно-популярные журналы мира

Интересные исследования и новости научного мира

Наука и жизнь
Зинаида Кириенко. Любовь земная Зинаида Кириенко. Любовь земная

Я сужу о мужиках по тому, как они относятся к семье и женщинам

Караван историй
Interstellar Lab планирует построить «марсианскую деревню» в пустыне Мохаве Interstellar Lab планирует построить «марсианскую деревню» в пустыне Мохаве

Добраться до Марса – это одно, а жить там – совсем другое

Naked Science
Eсть сигнал! Eсть сигнал!

Некоторые безобидные симптомы могут указывать на развитие серьезных заболеваний

Лиза
Уже пандемия или еще поборемся? 7 вопросов биологу о коронавирусе COVID-19 Уже пандемия или еще поборемся? 7 вопросов биологу о коронавирусе COVID-19

Молекулярный биолог и научный журналист Ирина Якутенко о коронавирусе COVID-19

СНОБ
В натуральную величину В натуральную величину

Какая косметика считается натуральной и есть ли смысл ею пользоваться?

Лиза
Греческие метаморфозы Греческие метаморфозы

Как выходцы из бывшего СССР попали в Средиземноморье

Огонёк
Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым

Как поддерживать уровень удовольствия от жизни

Forbes
Ошибки резидентов Ошибки резидентов

Почему голландский Spar лихорадит в России

Forbes
Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня

Три четверти соотечественников считают, что России требуется сильный лидер

СНОБ
Правительство загружает РЖД дивидендами Правительство загружает РЖД дивидендами

Минфин заложил в трехлетний бюджет 277 млрд прибыли от железнодорожной монополии

РБК
Синдром панической атаки: как она появляется и есть ли способы с ней справиться? Синдром панической атаки: как она появляется и есть ли способы с ней справиться?

Панические атаки — настоящий бич жителей больших городов

Cosmopolitan
Диакон Александр Занемонец: Обратно под анафему никого не загонишь Диакон Александр Занемонец: Обратно под анафему никого не загонишь

О положении в православном мире после создания Православной церкви Украины

СНОБ
Загадка Алленстаунской четверки: жуткое неразгаданное убийство Загадка Алленстаунской четверки: жуткое неразгаданное убийство

Полиция до сих пор не знает, кем именно были его жертвы

Cosmopolitan
Лепота спасет мир Лепота спасет мир

Группа «Фабрика» обрела новую участницу – Марию Гончарук

Maxim
Писсуар Дюшана за $2 млн. Как выглядит универсальная формула успеха Писсуар Дюшана за $2 млн. Как выглядит универсальная формула успеха

Альберт-Ласло Барабаши применил научные методы, чтобы вывести формулу успеха

Forbes
10 российских исполнителей, которые попали в зарубежные чарты 10 российских исполнителей, которые попали в зарубежные чарты

Наши люди наконец стали регулярно красоваться в зарубежных хит-парадах

Maxim
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
На воды: лучшие неизведанные спа-курорты Европы На воды: лучшие неизведанные спа-курорты Европы

Незаезженные лечебные локации — со сказочной природой и спа-чудесами

Forbes
Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ Неделя без смартфона: самый опасный эксперимент в истории GQ

Изменится ли ваша жизнь, если каждый день забывать телефон дома

GQ
Открыть в приложении