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
Секретный Oasis для TikTok: как самый дорогой стартап в мире ищет новые источники дохода Секретный Oasis для TikTok: как самый дорогой стартап в мире ищет новые источники дохода

Владелец TikTok хочет снизить зависимость от своего самого известного творения

Forbes
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
Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами

Новые штрафы для автомобилистов в Госдуме назвали коммерческими

РБК
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Сальвадор Дали в Москве: сюр, очередь и Бог Сальвадор Дали в Москве: сюр, очередь и Бог

Что важнее — шедевры искусства или фончики для «Инстаграма»

Русский репортер
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом» Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом»

Как эквадорец с русскими корнями запустил бизнес стоимостью более $1 млрд

Forbes
Знай наших Знай наших

Уникальные достижения отечественных ученых

Популярная механика
Полет нормальный Полет нормальный

Все, чем живет мировой балет, можно будет увидеть этой весной в Москве

Vogue
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
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
Мороз и засуха едины Мороз и засуха едины

Голод с большим количеством смертей в Европейской России 1891 года

Дилетант
А был ли Нальчик? А был ли Нальчик?

Кантемир Балагов сегодня все ближе к Голливудским холмам

GQ
Подъем по тревоге Подъем по тревоге

Как перестать волноваться о глобальных проблемах и надвигающемся конце света

GQ
«Какого черта я натворил?» Как наследник миллиардов оказался на скамье подсудимых после случайного признания в убийстве «Какого черта я натворил?» Как наследник миллиардов оказался на скамье подсудимых после случайного признания в убийстве

Роберт Дерст мог стать преемником своего отца и унаследовать семейный бизнес

Forbes
И жили они недолго и несчастливо: как мечты об идеальном браке рушат семьи И жили они недолго и несчастливо: как мечты об идеальном браке рушат семьи

Бессмысленно спорить о том, нужен ли брак современной женщине

Cosmopolitan
Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили Из Поднебесной — на российские дороги: самые популярные китайские автомобили

Китайский автопром — наглядная иллюстрация прогресса

Популярная механика
Без году неделька Без году неделька

История про семь штук трусов и красивую женщину с синей бородой

Tatler
«Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам «Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам

Высокая чувствительность к отвержению — следствие сложного детского опыта

Psychologies
10 «Жигулей», среди которых нет ни одних «Жигулей» 10 «Жигулей», среди которых нет ни одних «Жигулей»

Не верь глазам своим — этот автомобиль с обводами не «Жигули»

Maxim
Что посмотреть: 15 любимых фильмов Уэса Андерсона, режиссера «Отеля Гранд Будапешт» и «Семейки Тененбаум» Что посмотреть: 15 любимых фильмов Уэса Андерсона, режиссера «Отеля Гранд Будапешт» и «Семейки Тененбаум»

От японской анимации до классики французской новой волны

Esquire
Стратег, который переобувается в воздухе: что теперь нужно российским компаниям от управленцев Стратег, который переобувается в воздухе: что теперь нужно российским компаниям от управленцев

Консерватизм и закрытость — главные грехи лидера нового образца

Forbes
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
Видное место Видное место

Зима подходит к концу, а значит – время мечтать о море и отправиться в Хайфу

Лиза
Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик? Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик?

О проблеме перевода или огласовки иностранных имён собственных

Наука и жизнь
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
Открыть в приложении