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

Загадки исчезнувшей цивилизации Загадки исчезнувшей цивилизации

800 лет назад на месте современного Татарстана располагалась Волжская Булгария

Дилетант
Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии

Бронетехника Белой гвардии во времена Гражданской войны

Популярная механика
Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь
Дело «Сети»* как зеркало, но не революции Дело «Сети»* как зеркало, но не революции

Почему за нереальные преступления дают нереальные сроки

Русский репортер
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Как выбрать пароочиститель для дома: советы для рациональных хозяек Как выбрать пароочиститель для дома: советы для рациональных хозяек

Пароочиститель вполне способен заменить вам тряпку с моющей химией

CHIP
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
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
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес

Каждый родитель желает своим детям счастливого детства и перспективного будущего

Psychologies
Король, отказавшийся от короны Король, отказавшийся от короны

Наиболее известным лидером крестоносцев считается Готфрид Бульонский

Дилетант
Магнит на счетчик, чтобы меньше платить: это до сих пор работает? Магнит на счетчик, чтобы меньше платить: это до сих пор работает?

Можно ли сейчас замедлить вращение счетчика магнитом?

CHIP
Здоровый настрой: 7 надежных клиник Здоровый настрой: 7 надежных клиник

Есть заведения, в которых лечиться не опасно

Вокруг света
Время «Джентльменов»: каким получился новый фильм Гая Ричи Время «Джентльменов»: каким получился новый фильм Гая Ричи

В прокат вышел фильм Гая Ричи «Джентльмены». Восторгами делится Ярослав Забалуев

РБК
Ярославна, которая плачет Ярославна, которая плачет

Самая известная княгиня в древнерусской истории, о которой мы знаем крайне мало

Дилетант
Дело к войне? Эксперты о том, чем кончится обострение ситуации в Идлибе Дело к войне? Эксперты о том, чем кончится обострение ситуации в Идлибе

Чем грозит развитие конфликта в Идлибе, и о возможных выходах из ситуации

СНОБ
Четыре лика империи Четыре лика империи

Как землетрясение повлияло на нынешний облик малых городов Италии

Вокруг света
Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует» Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует»

Стас Пьеха рассказал о том, как пережить развод и почему институт брака устарел

Cosmopolitan
Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию Как Дэн Хаузер повлиял на игровую индустрию

Дэн Хаузер, сооснователь и креативный директор Rockstar Games, покидает компанию

GQ
На уровне чувств На уровне чувств

Дизайнер Варвара Зеленецкая и её команда создали уютный и гармоничный интерьер

SALON-Interior
По следам детских болезней По следам детских болезней

Детские болячки увеличивают риск развития хронических заболеваний в будущем

Здоровье
Три признака большого бизнесмена: качества, которые объединяют успешных предпринимателей Три признака большого бизнесмена: качества, которые объединяют успешных предпринимателей

Какие качества помогут стать успешным предпринимателем

Forbes
Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи

Гарри Стайлс запоминается не только выступлениями, но и неординарными нарядами

GQ
Как выбрать диагональ и разрешение монитора Как выбрать диагональ и разрешение монитора

Как выбрать хороший монитор, на котором не будут видны отдельные пиксели

CHIP
Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания Униженные и оскорбленные в эфире политического телевещания

Телевидение в последнее время все чаще демонстрирует образцы высоких отношений

СНОБ
Три возраста красоты Три возраста красоты

Увы, эликсира вечной молодости пока не существует

Лиза
«Я все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины «Я все деньги вкладываю в детей». Финансовые ошибки, которые совершают женщины

Существует ли «мужское» и «женское» отношение к деньгам?

Forbes
Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места

Город-государство Сингапур целиком состоит из противоречий

Esquire
«Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер «Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер

Изменить некоторые черты характера можно, а иногда даже нужно

Psychologies
«Я никогда не билась о стеклянный потолок». Глава «Илим» Ксения Соснина о бумажном производстве, лесных пожарах и гендерном балансе «Я никогда не билась о стеклянный потолок». Глава «Илим» Ксения Соснина о бумажном производстве, лесных пожарах и гендерном балансе

Глава «Илим»: как женщине добиться успеха в промышленности

Forbes
Открыть в приложении