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

Рыцарь грозного образа Рыцарь грозного образа

Император Павел четыре года боролся с вольномыслием и в итоге был убит

Дилетант
Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах Михаил Мишустин и его семья заработали около $36 миллионов в инвесткомпании UFG. Премьер работал там в 2008-2010 годах

Мишустин перешел в бизнес с госслужбы и стал владельцем 25% в фондах UFG

Esquire
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин

15 февраля аукционный дом «Литфонд» проводит аукцион редких автомобилей

Forbes
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
«Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере «Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере

«Король глазированных сырков» Борис Александров рассказал о своем пути в бизнесе

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Простые вещи Простые вещи

Денис Шевченко к 30 годам прошел путь от челнока до владельца модного бренда

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади

С чего началась и чем завершилась самая романтическая история прошлого века

Cosmopolitan
Личная жизнь Анны Австрийской Личная жизнь Анны Австрийской

Анна Австрийская считалась самой красивой женщиной Европы своего времени

Дилетант
Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России Москвич – худи, новгородец – винтаж: что заказывают на AliExpress жители России

AliExpress изучил, какие предметы жители России заказывали чаще всего

Cosmopolitan
Режим полета Режим полета

«Вокруг света» отправился в Оман

Вокруг света
Краткая история чопперов Краткая история чопперов

Знаешь, где у мотоцикла обезьянья вешалка? Слушай, значит, сюда

Maxim
За что казнили Джордано Бруно За что казнили Джордано Бруно

Джордано Бруно окончил свою жизнь на костре за совсем другие «прегрешения»

Дилетант
Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга Режиссер Бегюм Эрджияс: На первый перформанс меня вдохновили шарики для пинг-понга

Бегюм Эрджияс о том, как она придумала перформансы

СНОБ
Время Близнецов. Зимнее небо Время Близнецов. Зимнее небо

Созвездие Близнецов — самое северное зодиакальное созвездие

Наука и жизнь
Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде

Кто стал избранником Арианы Гранде на этот раз и кто был замечен с ней раньше

Cosmopolitan
И просверлит, и прикрутит: как выбрать дрель-шуруповерт? И просверлит, и прикрутит: как выбрать дрель-шуруповерт?

Модели шуруповертов, которые смогут легко заменить дрель

CHIP
Типичный Козерог: самая вредная привычка каждого знака зодиака Типичный Козерог: самая вредная привычка каждого знака зодиака

Предлагаем перестать винить себя во всех смертных грехах и начать винить звезды

Cosmopolitan
Новая мода: прийти в сознание Новая мода: прийти в сознание

Самый современный тренд в фэшн-индустрии сегодня – осознанная мода

Лиза
Как правильно дышать во время физических упражнений, чтобы сжечь больше калорий Как правильно дышать во время физических упражнений, чтобы сжечь больше калорий

Как правильно дышать во время физических упражнений для максимального результата

Cosmopolitan
«Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией «Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией

Необычные транспортные средства, появлявшиеся на обычных дорогах

РБК
Правила жизни Харпер Ли Правила жизни Харпер Ли

Правила жизни американской писательницы, автора романа «Убить пересмешника»

Esquire
«Изучая иностранный язык, мы можем менять свой характер» «Изучая иностранный язык, мы можем менять свой характер»

Полиглот Дмитрий Петров объясняет, как легко снять языковой барьер

Psychologies
«Мне интересно провоцировать зрителя» «Мне интересно провоцировать зрителя»

Максим Матвеев – о том, почему не нужно стыдиться ходить к психологу

OK!
Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками

Поколения, выросшие на Марсе, будут разительно отличаться от "землян"

Популярная механика
Я у себя одна! Я у себя одна!

Любовь к себе – чуть ли не главное условие, необходимое для счастья

Cosmopolitan
Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения

Как добившемуся успеха в бизнесе человеку расширить свое влияние

Forbes
«Инспектор мне не верил». Автомобилистов обвиняют в чужих ДТП «Инспектор мне не верил». Автомобилистов обвиняют в чужих ДТП

Из-за утечки данных из каршеринговых сервисов пострадали десятки водителей

РБК
Открыть в приложении