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

6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Как Наталья Водянова помогает детям с особенностями развития: реальные истории Как Наталья Водянова помогает детям с особенностями развития: реальные истории

Истории ребят, которым помогла Наталья Водянова и ее фонд "Обнаженные сердца"

Cosmopolitan
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
Максим Матвеев — о модной одежде, ЗОЖе, декабристах и «Триггере» Максим Матвеев — о модной одежде, ЗОЖе, декабристах и «Триггере»

Мы решили поговорить с актером о работе, моде и андеграундных марках

РБК
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
«Русские хорошо разбираются в новых технологиях» «Русские хорошо разбираются в новых технологиях»

Глава General Motors в России — о новинках, конкурентах и будущем Cadillac

РБК
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета

Виски нельзя, как водку, занюхивать и закусывать чем попало

Playboy
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика Повестка Греты Тунберг: при чем здесь экономика

О том, как сделать дискуссию содержательной

Русский репортер
Наносчётчик для «наноовец» Наносчётчик для «наноовец»

Представьте, что вы пастух, которому нужно пересчитать овец в стаде

Наука и жизнь
Что такое граверы, и какой из них лучше выбрать? Что такое граверы, и какой из них лучше выбрать?

В каких сферах может пригодиться гравер и как его выбрать?

CHIP
Новая «Арктика» Новая «Арктика»

Атомоходы ЛК-60Я заменят ледоколы прошлых поколений

Популярная механика
Позволительная роскошь Позволительная роскошь

Скарлетт Йоханссон изящно отвечает на непростые вопросы

Glamour
Рыжебородый против Льва Рыжебородый против Льва

XII век — период расцвета рыцарства, грандиозных походов и великолепных турниров

Дилетант
Уйти нельзя остаться: чего хотят россияне от Путина после 2024 года Уйти нельзя остаться: чего хотят россияне от Путина после 2024 года

Россияне боятся ухода Путина в отставку. И не напрасно

СНОБ
Собака Павлова: 8 мифов о первооткрывателе условного рефлекса Собака Павлова: 8 мифов о первооткрывателе условного рефлекса

«Вокруг света» разобрался, что есть миф об учёном, а что — чистая правда

Вокруг света
9 лекарств, с которыми опасно употреблять алкоголь (лучше не рискуй) 9 лекарств, с которыми опасно употреблять алкоголь (лучше не рискуй)

Список лекарств, с которыми мы категорически не советуем употреблять алкоголь

Playboy
Вопросы из зала Вопросы из зала

Они спрашивают — Loboda отвечает

Glamour
Бабочка огня: откуда пришли женщины «янь» Бабочка огня: откуда пришли женщины «янь»

Есть женщины, из которых энергия бьет ключом

Psychologies
Делай, как Адель Делай, как Адель

Упражнения пилатеса и сиртфуд-диета – два секрета стройности певицц Адель

Худеем правильно
Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы

Эти 12 кроссоверов большинство из вас увидит впервые

Популярная механика
В гости к миллиардерам: сколько стоит арендовать самые романтичные частные острова В гости к миллиардерам: сколько стоит арендовать самые романтичные частные острова

Свои владения сдают гостям в том числе миллиардеры из списка Forbes

Forbes
Проспали и забыли! 14 мировых звезд, которые не получили свой Проспали и забыли! 14 мировых звезд, которые не получили свой

Звезды, которые не захотели или не смогли попасть на "Оскар" в разные годы

Cosmopolitan
Газлайтинг: неявное воздействие Газлайтинг: неявное воздействие

Манипуляции некоторых людей заставляют нас чувствовать себя виноватыми во всем

Лиза
Новая атака на земли князей Новая атака на земли князей

Как готовят проект об изменении территорий музея-усадьбы «Архангельское»

Русский репортер
Супертаблетки внутри нас: почему миллиардеры тратят миллионы долларов на создание лекарств из бактерий кишечника Супертаблетки внутри нас: почему миллиардеры тратят миллионы долларов на создание лекарств из бактерий кишечника

Миллиардеры из Кремниевой долины вливают миллионы долларов в стартапы

Forbes
Самые дорогие клубы НБА — 2020. Рейтинг Forbes Самые дорогие клубы НБА — 2020. Рейтинг Forbes

НБА остается привлекательным бизнесом для владельцев клубов

Forbes
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
Любовь и пытки: День святого Валентина и дело «Сети» Любовь и пытки: День святого Валентина и дело «Сети»

Мы живем, любим, обсуждаем сплетни или кинопремию в стране, где пытают людей

СНОБ
Открыть в приложении