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

Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод» Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод»

Во времена СССР шефа жандармов называли врагом свободолюбия и гонителем Пушкина

Дилетант
Раз пигмент, два пигмент Раз пигмент, два пигмент

Появившаяся на лице пигментация может свидетельствовать о различных заболеваниях

Здоровье
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
«Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно «Мир стал более жесток к женщинам». Главная писательница Израиля о том, почему быть хорошей матерью уже недостаточно

Израильская писательница №1 об антисемитизме, косых взглядах и любви к детям

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Ложь за миллиард налом: как работает рынок российского черного пиара Ложь за миллиард налом: как работает рынок российского черного пиара

Войны в медиа давно стали неотъемлемой частью российского бизнес-ландшафта

Forbes
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Вам пора всерьез задуматься (и позаботиться) о своих стопах Вам пора всерьез задуматься (и позаботиться) о своих стопах

Ключ к успеху находится у вас не в руках, а в ногах

GQ
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа» Пять причин перестать ненавидеть проект «Дау» и его фильм «Наташа»

Первый фильм мегаломанского проекта «Дау» показали на Берлинском фестивале

РБК
Грибные темы Грибные темы

Используют ли грибы иначе, кроме как в пищу? Разберемся вместе с микологами

Вокруг света
Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети

Ретейлеров, которые проигнорируют новый тренд, ждет судьба Kodak и Nokia

Forbes
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
5 писателей-дебоширов 5 писателей-дебоширов

Скандальные выходки знаменитых писателей

Maxim
Екатерина I — первая императрица Екатерина I — первая императрица

Пётр I не оставил распоряжений о своём преемнике во власти

Дилетант
Как познакомиться с новым мужем Как познакомиться с новым мужем

Технику пикапа – не на одну ночь, а на долгую счастливую жизнь

Tatler
Закрученная история Закрученная история

Толма — символ армянского гостеприимства

Вокруг света
7 продуктов для дома, которые мы используем неправильно 7 продуктов для дома, которые мы используем неправильно

Иногда мы используем знакомые нам продукты не по назначению

Популярная механика
Ты кто? 9 причин, почему не стоит доверять своей памяти Ты кто? 9 причин, почему не стоит доверять своей памяти

Рассказываем о феноменах памяти

Cosmopolitan
Протоиерей Николай Данилевич: Раскол не устраняется росчерком пера Протоиерей Николай Данилевич: Раскол не устраняется росчерком пера

УПЦ (МП) вместе с РПЦ отказалась признавать решение Вселенского патриарха

СНОБ
Почему одни люди счастливее других Почему одни люди счастливее других

Пенсионеры счастливей молодых, люди с высшим образованием — людей со средним

СНОБ
Что происходит с мозгом, когда ты переживаешь из-за денег: 5 опасных последствий Что происходит с мозгом, когда ты переживаешь из-за денег: 5 опасных последствий

Может, после этих новостей ты изменишь свое отношение к деньгам

Playboy
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
Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше

Устоявшиеся, набившие оскомину выражения делают речь бесцветной и бедной

Psychologies
Как подключить компьютер к телевизору? Как подключить компьютер к телевизору?

Хотите посмотреть фильмы или запустить игру на большом экране?

CHIP
Гнет свою линию: куда идет эволюция смартфонов Samsung Гнет свою линию: куда идет эволюция смартфонов Samsung

В феврале проходит традиционное для Samsung событие — Galaxy Unpack

РБК
Как включить блок питания без компьютера? Как включить блок питания без компьютера?

Рассказываем, как элементарно проверить работоспособность блока питания

CHIP
Война войной: что входит в сухой паек армий мира Война войной: что входит в сухой паек армий мира

На голодный желудок мало чего сделаешь, не говоря уже о защите отечества

Популярная механика
Непраздный класс: почему богатые работают больше бедных Непраздный класс: почему богатые работают больше бедных

В наши дни состоятельные люди вынуждены уделять работе всё больше времени

Forbes
20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях 20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях

«На полу сидит привлекательная женщина с высокой грудью и крестьянским лицом»

Maxim
Открыть в приложении