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

Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки

Что заставляет звезд, уже миллионеров, заниматься странными делами

Cosmopolitan
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все

Ленни теряет духовного отца — и наконец обретает мир

Esquire
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Стиль милитари в мужской одежде: особенности, примеры и советы, как сочетать Стиль милитари в мужской одежде: особенности, примеры и советы, как сочетать

Приготовься к стильному уроку!

Playboy
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Стоит ли ожидать благодарности от внуков за денежные подарки? Стоит ли ожидать благодарности от внуков за денежные подарки?

Почему внуки не благодарят бабушек и дедушек за денежные подарки?

Psychologies
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как понять, что ты нравишься девушке: 19 признаков, что ответ «да» Как понять, что ты нравишься девушке: 19 признаков, что ответ «да»

По этим признакам ты сможешь узнать, взаимна ли твоя симпатия

Playboy
Первичный фосфор для первичной жизни Первичный фосфор для первичной жизни

Aосфор — один из важнейших химических элементов, из которых строятся организмы

Наука и жизнь
«На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны «На меня будто плита упала»: миллиардер Татьяна Бакальчук о том, как деньги изменили жизнь богатейшей женщины страны

Как основательнице Wildberries живется в статусе миллиардера

Forbes
Ярослав Смеляков Ярослав Смеляков

Смеляков (1913–1972) был, безусловно, настоящим поэтом

Дилетант
«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
Поддержать своих Поддержать своих

Рак был всегда: о нем было известно и древнеегипетским врачам, и Гиппократу

Дилетант
«Спорт помогает мне быть счастливой и добиваться целей» «Спорт помогает мне быть счастливой и добиваться целей»

Как регулярные тренировки помогают развивать бизнес и оставаться счастливым

Psychologies
Хлеб и утки Хлеб и утки

Часто можно прочитать или услышать о том, что уток нельзя кормить хлебом

Наука и жизнь
5 неожиданных вещей, которые спровоцировали массовые бунты 5 неожиданных вещей, которые спровоцировали массовые бунты

Первопричины бунтов могут быть крайне нелепыми

Maxim
Планшет не включается - что делать на Android и iOS Планшет не включается - что делать на Android и iOS

Что делать, если планшет больше не включается: общие советы

CHIP
Зимний город Зимний город

Эти люди разрабатывают беспилотные автомобили, пригодные для российского климата

Популярная механика
Как предотвратить выгорание сотрудников на работе: 3 совета руководителям Как предотвратить выгорание сотрудников на работе: 3 совета руководителям

С выгоранием сотрудников можно и нужно бороться

Playboy
И целой зимы мало И целой зимы мало

Куда податься тем, кому в этом году катастрофически не хватило снега

Лиза
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
Новая атака на земли князей Новая атака на земли князей

Как готовят проект об изменении территорий музея-усадьбы «Архангельское»

Русский репортер
Алкогений: Эрнест Хемингуэй Алкогений: Эрнест Хемингуэй

Нестареющая икона международной богемы Эрнест Хемингуэй

Maxim
Новая экранизация «Пиноккио» от режиссера «Догмэна» Маттео Гарроне — немного дубовая, но очень человечная версия сказки Карло Коллоди Новая экранизация «Пиноккио» от режиссера «Догмэна» Маттео Гарроне — немного дубовая, но очень человечная версия сказки Карло Коллоди

"Пиноккио" Маттео Гарроне: рецензия

Esquire
Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК Конец картеля: почему цены на нефть перестали реагировать на заявления ОПЕК

Новая реальность лишила старый картель ОПЕК былого могущества

Forbes
Почему мужчины умирают раньше, чем женщины? Почему мужчины умирают раньше, чем женщины?

То, что мужчины живут меньше женщин, давно уже ни для кого не секрет.

Psychologies
7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов 7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов

Леонид Ольшанский о взятках и штрафах

Русский репортер
«Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах «Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах

В прокат вышел фильм Константина Буслова «Калашников» с Юрием Борисовым

Forbes
Открыть в приложении