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

Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Партнёрские роды Партнёрские роды

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

Здоровье
Сила слова Сила слова

Некоторым нужно меньше минуты, чтобы прочитать стандартную страницу текста

Вокруг света
Со школьной скамьи: знаменитости, которые вышли замуж за свою первую любовь Со школьной скамьи: знаменитости, которые вышли замуж за свою первую любовь

Звездные пары, которые познакомились в школе и сохранили свое чувство до сих пор

Cosmopolitan
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Видеоигры с упорством ломятся на киноэкраны. Но зачем? Видеоигры с упорством ломятся на киноэкраны. Но зачем?

Кажется, экранизация видеоигр – не самый важный элемент для развития индустрии

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Верные друзья Верные друзья

Елизавета Голубцова и Марина Бирюкова оформили квартиру для семьи старого друга

AD
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас Зачем нужна научная фантастика и почему она актуальна сейчас

В наш век научная фантастика может показаться забытым жанром, но это не так

РБК
Наследие Орды в русском языке Наследие Орды в русском языке

Откуда в русском языке огромное количество тюркских слов?

Дилетант
Работай языком: что такое мьюинг и почему он может Работай языком: что такое мьюинг и почему он может

Как поддерживать подтянутый овал лица и заостренные скулы

Cosmopolitan
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Шагреневая кожа Шагреневая кожа

Как же худеть, чтобы не пострадала кожа

Худеем правильно
Морская фигура Морская фигура

Актриса и новая ведущая реалити-шоу «Место под солнцем» Наталья Рудова на пляже

Maxim
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

Отправляемся по «сладким» маршрутам

Лиза
Мельницы богов Мельницы богов

Как технологии обработки персональных данных перевернули мир

Вокруг света
Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России

Российская экономика плохо переваривает инвестиции

Forbes
Та самая девочка Та самая девочка

Ольга Бузова о том, почему не стесняется быть «девочкой из «Дома-2»

Домашний Очаг
Без макияжа и фотошопа: звезды, которые выкладывали честные фото после родов Без макияжа и фотошопа: звезды, которые выкладывали честные фото после родов

Немногие знаменитости осмеливаются выкладывать фотографии без фильтров

Cosmopolitan
Водителей разделят на плохих и хороших Водителей разделят на плохих и хороших

Разбираем самые важные изменения в проекте нового КоАП

РБК
Якутия в эпицентре «собачьего» скандала Якутия в эпицентре «собачьего» скандала

Будет ли введен мораторий на закон об ответственном обращении с животными

Русский репортер
Закатать в биобанку Закатать в биобанку

Кто и зачем в России собирает биологические материалы людей и животных

Русский репортер
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче

Юрий Квятковский о его планах на новой должности и традиционализме в цирке

СНОБ
Прощание с легендой: почему уход Баффета отразится на инвесторах во всем мире Прощание с легендой: почему уход Баффета отразится на инвесторах во всем мире

Уход Баффета чреват последствиями не только для акционеров Berkshire Hathaway

Forbes
Ликвидность искусства – миф: акции оборачиваются быстрее Пикассо Ликвидность искусства – миф: акции оборачиваются быстрее Пикассо

Арт-дилер Кенни Шахтер рассказывает, как инстаграм меняет арт-рынок

Forbes
Чего хотят женщины Чего хотят женщины

Сирша Ронан объяснила, почему так важно дружить с женщинами

Grazia
«ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle «ПМ» тестирует легендарный Desert Eagle

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

Популярная механика
Домашнее насилие: почему они не уходят? Домашнее насилие: почему они не уходят?

Почему жертвы домашнего насилия не спешат расставаться с абьюзерами

Cosmopolitan
Открыть в приложении