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
Ты тоже можешь: история восьми гениальных изобретений Ты тоже можешь: история восьми гениальных изобретений

У всех нас есть набор кухонной техники, существенно упрощающий жизнь

Популярная механика
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
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
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
Холод не помеха: как правильно бегать зимой Холод не помеха: как правильно бегать зимой

Мороз — не повод отменять беговую тренировку на улице

Популярная механика
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Вдох-выдох Вдох-выдох

Как распознать плеврит?

Добрые советы
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Робин Гуд из австралийского буша Робин Гуд из австралийского буша

О нем осталась масса легенд, и осталась песенка...

Караван историй
Не жалея ни женщин, ни детей Не жалея ни женщин, ни детей

Процесс по делу об айнзацгруппах в Нюрнберге

Дилетант
Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться

Как научиться спокойно воспринимать любые ситуации и справляться со стрессом

РБК
К последнему морю К последнему морю

Почему Батый, покорив Русь, без передышки вторгся в Центральную Европу

Дилетант
Протоиерей, депутат и глава Роскосмоса: главные номинанты премии Протоиерей, депутат и глава Роскосмоса: главные номинанты премии

Кто из российских персон и компаний претендует на антипремию «Сексист года»

Cosmopolitan
Письмо к съезду: хотел, как лучше Письмо к съезду: хотел, как лучше

Ленин предлагал некоторые меры для предупреждения раскола в партии

Дилетант
Эпизод пятый: Тициан, Сикстинская капелла и папский гардероб Эпизод пятый: Тициан, Сикстинская капелла и папский гардероб

Папа примеряет наряды, а зритель заглядывает в Сикстинскую капеллу

Esquire
Электрический аммиак Электрический аммиак

Растворённые в воде нитраты можно превращать в полезный аммиак

Наука и жизнь
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь? Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь?

Даже у общечеловеческих переживаний в различных культурах — свои оттенки

Psychologies
Как собрать компьютер самому из комплектующих: пошаговая инструкция Как собрать компьютер самому из комплектующих: пошаговая инструкция

Со сборкой компьютера может справиться даже ребенок

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

Модели шуруповертов, которые смогут легко заменить дрель

CHIP
Теперь я знаю: что происходит на курсах для женщин Теперь я знаю: что происходит на курсах для женщин

Что на самом деле происходит на популярных тренингах для женщин

Cosmopolitan
Как правильно ссориться Как правильно ссориться

Свод правил, благодаря которому ты сможешь уладить разногласия с девушкой

Maxim
Мужчины хотят секса, а женщины любви Мужчины хотят секса, а женщины любви

Любовь и секс противопоставлялись друг другу и считались опасными преградами

Psychologies
Мировые люди Мировые люди

Самые высокооплачиваемые российские спортсмены 2010-х

Forbes
«Никогда, редко, иногда, всегда»: на «Берлинале» показали подростковую драму про аборт «Никогда, редко, иногда, всегда»: на «Берлинале» показали подростковую драму про аборт

О работе режиссера Элизы Хиттман — драме о девушке, собирающейся сделать аборт

Forbes
Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе

В отличие от большинства звезд, Бетельгейзе все знают лично

Популярная механика
Гараж Его Величества: автомобили Элвиса Пресли Гараж Его Величества: автомобили Элвиса Пресли

Не одними «кадиллаками» оказывается жил Король рок-н-ролла

Maxim
«Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа «Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа

Рассказы четырех молодых писательниц

СНОБ
Чубайс рассказал о росте стоимости «единорога» «Роснано» в полтора раза Чубайс рассказал о росте стоимости «единорога» «Роснано» в полтора раза

Новосибирский производитель графеновых нанотрубок OCSiAl был оценен в $1,5 млрд

Forbes
Открыть в приложении