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

Земля переезжает Земля переезжает

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

Популярная механика
10 самых глупых террористов современности 10 самых глупых террористов современности

С террористами иногда случаются совершенно идиотские истории

Maxim
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Тест-драйв Audi A8L. Три мнения об автомобиле, греющем ступни Тест-драйв Audi A8L. Три мнения об автомобиле, греющем ступни

Рассказываем об одном из самых дорогих седанов рынка — Audi A8L

РБК
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня Нужен ли России сильный и властный руководитель? Вопрос дня

Три четверти соотечественников считают, что России требуется сильный лидер

СНОБ
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
«ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle «ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle

«ПМ» не используют ни в одном подразделении ни одной силовой структуры мира

Популярная механика
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади

С чего началась и чем завершилась самая романтическая история прошлого века

Cosmopolitan
Царь-птица Царь-птица

К этим гордым и боевым птицам мы относимся с поразительным пренебрежением

Популярная механика
Игра в грядки Игра в грядки

На примере именитых спортсменов объясняем, как быть сильным, оставаясь веганом

GQ
Тридцать первая литера... Тридцать первая литера...

Что можно сказать о букве «э»?

Наука и жизнь
Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса Страшно хорошо: новый хоррор «Под водой» и еще 5 самых мизантропических фильмов ужаса

Самые злые, жестокие, мизантропические фильмы об ужасах в замкнутых местах

Forbes
Режим полета Режим полета

«Вокруг света» отправился в Оман

Вокруг света
Разбитый кувшин. Как избавиться от страхов и перестать винить себя за «недостатки» Разбитый кувшин. Как избавиться от страхов и перестать винить себя за «недостатки»

Джен Синсеро написала книгу-тренинг с множеством понятных упражнений и техник

Forbes
Четыре лика империи Четыре лика империи

Как землетрясение повлияло на нынешний облик малых городов Италии

Вокруг света
Поля Полякова: «Полюбите себя. Я пришла к этому не сразу» Поля Полякова: «Полюбите себя. Я пришла к этому не сразу»

Актриса Поля Полякова делится своими секретами красоты

Худеем правильно
Яркая смерть: как бренды зарабатывают на цвете и почему это плохо для планеты Яркая смерть: как бренды зарабатывают на цвете и почему это плохо для планеты

Одежда ярких цветов – один из способов нанести вред окружающей среде

GQ
«Иди к папочке»: кровавая фантазия на тему диалога поколений «Иди к папочке»: кровавая фантазия на тему диалога поколений

Робкий Элайджа Вуд борется за жизнь

GQ
Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд

Wanda Sports Group задумалась о продаже организатора соревнований по триатлону

Forbes
Как вкусно приготовить рульку свиную в духовке: 4 самых сочных рецепта Как вкусно приготовить рульку свиную в духовке: 4 самых сочных рецепта

Рецепты свиной рульки, запеченной в духовке, должны быть в копилке ценителя мяса

Playboy
Небесный флот Григоровича: как появились летающие лодки Небесный флот Григоровича: как появились летающие лодки

Первый в истории взлет с воды состоялся в 1910 году

Популярная механика
Сели на шею Сели на шею

Аккуратный отложной воротничок — ваш билет в счастливое детство

Vogue
Что происходит с модой красных ковровых дорожек сегодня Что происходит с модой красных ковровых дорожек сегодня

Мужские образы на церемониях наград начали пусть и медленно, но меняться

GQ
«Всё только начинается» «Всё только начинается»

Балерина Светлана Захарова и скрипач Вадим Репин дают совместное интервью

OK!
Верные друзья Верные друзья

Елизавета Голубцова и Марина Бирюкова оформили квартиру для семьи старого друга

AD
Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний Зловредные мертвецы: 15 легендарных завещаний

Мы решили изучить лучшие образцы остроумных завещаний

Maxim
Большая девочка Большая девочка

Подростковый возраст сложен и для детей, и для родителей

Добрые советы
Love is Love is

Мария Луговая и Сергей Лавыгин о своих чувствах и природе их семейного юмора

OK!
Открыть в приложении