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

Операция «Мавзолей» Операция «Мавзолей»

Как из вождя мирового пролетариата, атеиста и сторонника кремации сделали мумию?

Дилетант
5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях 5 лучших фантастических романов об экологических проблемах и их последствиях

Писатели-фантасты об актуальных проблемах экологии

Популярная механика
Глубинный народ Глубинный народ

Жизнь буквально раздавила скатов

Вокруг света
Жора Крыжовников: «Задача мелодрамы — исторгнуть из аудитории слезы» Жора Крыжовников: «Задача мелодрамы — исторгнуть из аудитории слезы»

Жора Крыжовников об эмоциональном вовлеченности, жанре мелодрамы и самоцензуре

РБК
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
8 качеств идеального сотрудника, которого хотят к себе все начальники 8 качеств идеального сотрудника, которого хотят к себе все начальники

Быть незаменимым — вот, к чему надо стремиться

Playboy
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
«Кака тут любовь?!» «Кака тут любовь?!»

От «розовых соплей» в голливудских фильмах мы устали

Лиза
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками

Поколения, выросшие на Марсе, будут разительно отличаться от "землян"

Популярная механика
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни Звёзды-вдовцы, которые нашли счастье после смерти любимых: от Ривза до Маккартни

Знаменитые мужчины, которым удалось обрести счастье после потери возлюбленных

Cosmopolitan
Флагман индустрии Флагман индустрии

В СССР Нижний Новгород превратился в ведущий промышленный центр страны

Дилетант
Как составить самому себе эффективный план тренировок: 5 главных правил Как составить самому себе эффективный план тренировок: 5 главных правил

Такой подход к тренировкам увеличит шансы на заметный прогресс

Playboy
Сюррогатный гений Сюррогатный гений

Сальвадор Дали был куда более нормален, чем это принято считать

Maxim

Невероятные камбэки звезд, намеренных снова громко заявить о себе

Cosmopolitan
Духовные скрепы Октавиана Духовные скрепы Октавиана

Октавиан Август строил храмы, но сам не мог служить образцом строгой морали

Дилетант
40 лет «Москва слезам не верит» 40 лет «Москва слезам не верит»

Вообще, здесь не плакать, а смотреть надо! Ведь у фильма юбилей

Лиза
Одинокая, самодостаточная и счастливая: возможно ли это? Одинокая, самодостаточная и счастливая: возможно ли это?

Почему нам иногда так не хватает рядом близкого человека

Psychologies
Одна вокруг света. Как проехать через самый опасный перевал в Ливане Одна вокруг света. Как проехать через самый опасный перевал в Ливане

60-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
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
Как критиковать работу сотрудника, не переходя грань: 6 советов начальникам Как критиковать работу сотрудника, не переходя грань: 6 советов начальникам

Важно не только уметь хвалить подчиненных, но и грамотно указывать на их ошибки

Playboy
Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях

Методика затопления кораблей в военных целях известна с античных времен

Популярная механика
Тельца кормить, а Рака слушать: как влюбить в себя мужчину по гороскопу Тельца кормить, а Рака слушать: как влюбить в себя мужчину по гороскопу

Какие чарующие методы нужно освоить, чтобы влюбить в себя кого хочется

Cosmopolitan
Техника физиков Техника физиков

Как выпускники превращают онлайн-школу английского в образовательный холдинг

Forbes
«Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне «Мама, я — англичанка, а ты — русская»: чему учат русских детей в Лондоне

Ольга Брамли рассказала, почему она против английских школ-интернатов

РБК
Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов Медвежья услуга: пять главных ошибок богатейших филантропов

Отсутствие стратегии, безответственность и другие ошибки крупных благотворителей

Forbes
Крестовый психоз бедноты Крестовый психоз бедноты

Крестовый поход бедноты запомнился грабежами и массовыми убийствами

Дилетант
Тревожный звоночек Тревожный звоночек

Поведение ребенка часто выдает проблемы, которые его беспокоят

Лиза
5 неожиданных вещей, которые спровоцировали массовые бунты 5 неожиданных вещей, которые спровоцировали массовые бунты

Первопричины бунтов могут быть крайне нелепыми

Maxim
Открыть в приложении