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

Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
Правила жизни Стива Джобса Правила жизни Стива Джобса

Знаменитый предприниматель, один из основателей Apple

Esquire
Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали

Самые невероятные истории из жизни знаменитого сюрреалиста

Вокруг света
Мария Пиотровская — о том, как помочь детям с дислексией Мария Пиотровская — о том, как помочь детям с дислексией

Мария Пиотровская рассказала нам, почему двоечники могут оказаться гениями

РБК
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
С места – в полет: возможен ли безаэродромный взлет самолета С места – в полет: возможен ли безаэродромный взлет самолета

Как родилась идея самолетов с укороченным взлетом?

Популярная механика
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как принять недостатки других Как принять недостатки других

Как сэкономить силы и позаботиться о себе и близких, учитывая слабые стороны

РБК
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Вкусные водоросли, счастливые коровы и супермясорубки. Обсуждение фильма «2040: Будущее ждет» Вкусные водоросли, счастливые коровы и супермясорубки. Обсуждение фильма «2040: Будущее ждет»

Как может выглядеть наш мир, если мы будем развивать уже существующие технологии

СНОБ
15 главных битв 1939–1945 15 главных битв 1939–1945

Третья часть списка самых крупных сражений и операций Второй мировой войны

Дилетант
Родила для себя и не считаю это эгоизмом Родила для себя и не считаю это эгоизмом

Она родила без постоянного партнера и считает, что приняла лучшее решение

Psychologies
Властелин Европы посреди Атлантики Властелин Европы посреди Атлантики

Святая Елена стала местом смерти Наполеона и рождения наполеоновской легенды

Дилетант
8 рецептов нестандартных блинов 8 рецептов нестандартных блинов

Креативный гений способен превратить блины в нечто воистину космическое

Maxim
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
В каких отелях жил Джеймс Бонд В каких отелях жил Джеймс Бонд

Вспоминаем все гостиницы, где агент 007 останавливался в прошлом

GQ
Задать жару Задать жару

Хого – горячее блюдо, которое подают на праздники для большой компании

Вокруг света
Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020» Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020»

На 92-й церемонии вручения наград Американской академии бал правили бриллианты

Forbes
«Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией «Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией

Необычные транспортные средства, появлявшиеся на обычных дорогах

РБК
Быть начеку: краткий гид по оружию самообороны Быть начеку: краткий гид по оружию самообороны

Есть два типа людей: одни с пистолетом, другие копают

Популярная механика
Вам не обязательно быть лучшими друзьями с вашей второй половиной Вам не обязательно быть лучшими друзьями с вашей второй половиной

Пора отойти от клише, что влюбленные обязательно должны быть лучшими друзьями

GQ
«Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера «Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера

Зимой камеры часто ошибаются, но надеяться на слой грязи на номерах не стоит

РБК
Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется

Захватывающие подробности биографии твоих любимых предметов бытовой техники

Maxim
Конец бума «мусорных облигаций»: почему их покупателям стоит готовиться к дефолтам Конец бума «мусорных облигаций»: почему их покупателям стоит готовиться к дефолтам

2020 год может стать последним годом роста рынка, за ним последуют дефолты

Forbes
История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак

Они были одной из самых красивых пар Голливуда, но любовь не выдержала испытаний

Cosmopolitan
Ветер с Востока Ветер с Востока

Хозяева этого дома в Алма–Аты — большая дружная семья

SALON-Interior
Как познакомиться с новым мужем Как познакомиться с новым мужем

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

Tatler
Летающая радиация: самолеты с ядерной силовой установкой Летающая радиация: самолеты с ядерной силовой установкой

Из-за проблем с радиацией, атомолеты так и не встали на массовое производство

Популярная механика
Касторовое масло для волос — SOS-инструкция Касторовое масло для волос — SOS-инструкция

Касторовое масло — один из самых популярных ингредиентов для домашних масок

Cosmopolitan
Renault Arkana. Сидя на диване, её не понять Renault Arkana. Сидя на диване, её не понять

Купе-кроссовер Renault Arkana создавался специально для России

4x4 Club
Открыть в приложении