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

Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Очень полезная fishka Очень полезная fishka

Лучшее время для рыбной диеты – зима

Лиза
«Новгороду быть!» «Новгороду быть!»

Почему Нижний Новгород Нижний и Новый

Дилетант
Как заработать 120 млн рублей на разряженных телефонах. Бизнес-план «Бери заряд!» Как заработать 120 млн рублей на разряженных телефонах. Бизнес-план «Бери заряд!»

Основатель сервиса по аренде зарядных устройств для гаджетов отвечает на вопросы

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Почему утилитарность – все еще важный тренд в мужской моде Почему утилитарность – все еще важный тренд в мужской моде

Быть изнеженным джетсеттером не модно

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
10 правил планирования кухни - советы специалиста 10 правил планирования кухни - советы специалиста

Планирование кухни - дело непростое и весьма ответственное

Cosmopolitan
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
5 самых грозных боевых топоров 5 самых грозных боевых топоров

Какие топоры завоевали себе славу и были наиболее популярны у воинов

Популярная механика
Решающие битвы или мелкие стычки? Решающие битвы или мелкие стычки?

Что нам известно о сражениях Александра Невского по документам и летописям

Дилетант
Уна Харт: Троллий пик Уна Харт: Троллий пик

Публикация первой главы книги Уны Харт «Троллий пик»

СНОБ
Литовское дело Сергея Ковалёва Литовское дело Сергея Ковалёва

Уголовное дело Сергея Ковалёва за участие в «Хронике текущих событий»

Дилетант
Убеждать, творить, понимать: как развить карьерные навыки 2020 года Убеждать, творить, понимать: как развить карьерные навыки 2020 года

Список самых востребованных навыков 2020 года — гибких и технических

РБК
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Блондинка и ее законы Блондинка и ее законы

Вера Брежнева – о стереотипах, критике, домашнем хозяйстве и отношениях с мужем

Cosmopolitan
Шпалера со смыслами Шпалера со смыслами

Фламандская шпалера середины XVI века

Дилетант
Похищение, катастрофа и суицид: трагедии детей советских экстрасенсов Похищение, катастрофа и суицид: трагедии детей советских экстрасенсов

Как складываются отношения с партнерами и детьми, экстрасенсы не раскрывали

Cosmopolitan
«Волкодлаки Сталина» и другие безумные книги в жанре русской военно-исторической фантастики «Волкодлаки Сталина» и другие безумные книги в жанре русской военно-исторической фантастики

Официальные аннотации к российской военно-исторической фантастике

Maxim
В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов

Оптические телескопы системы МАСТЕР помогают астрономам разных стран

Наука и жизнь
Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”? Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”?

Пока этот динозавр не вымер, мы разобрались, как эта штука приходит в движение

Популярная механика
Обувь по размеру Обувь по размеру

Каким пикапам и внедорожникам пригодятся шины большого диаметра?

4x4 Club
Партнёрские роды Партнёрские роды

Партнёрские роды становятся все более популярными, что о них нужно знать?

Здоровье
«Кака тут любовь?!» «Кака тут любовь?!»

От «розовых соплей» в голливудских фильмах мы устали

Лиза
Можно ли красить волосы при беременности — мнение врачей Можно ли красить волосы при беременности — мнение врачей

Существует негласное правило: делать окрашивание во время беременности нельзя

Cosmopolitan
Реальность для феникса: как вернуться к жизни после победы над раком Реальность для феникса: как вернуться к жизни после победы над раком

Борьба с тяжелой болезнью требует собранности и уверенности, что все получится

Psychologies
Княгиня или актриса? Удивительные факты о трагической судьбе Грейс Келли Княгиня или актриса? Удивительные факты о трагической судьбе Грейс Келли

Грейс Келли - одна из легендарных актрис, которая затем стала княгиней Монако

Cosmopolitan
Пять раз отмерь Пять раз отмерь

Главные ошибки филантропов и основателей частных благотворительных фондов

Forbes
Злейший враг танка - быстролетящий лом: история военных разработок Злейший враг танка - быстролетящий лом: история военных разработок

Лучшим противотанковым боеприпасом остается быстролетящий лом

Популярная механика
Как уложить волосы, если вы только начали их отращивать Как уложить волосы, если вы только начали их отращивать

Разбираемся, что делать, когда ваша шевелюра напоминает львиную гриву

GQ
Открыть в приложении