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

Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Успеть за 40 секунд: как разобрать и собрать автомат Калашникова Успеть за 40 секунд: как разобрать и собрать автомат Калашникова

Каждый мужчина должен научиться разбирать и собирать автомат Калашникова

Популярная механика
Мумификация ХХ века Мумификация ХХ века

Подобия ленинского мавзолея в XX веке были во многих коммунистических странах

Дилетант
Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы Пионеры бездорожья: какими были первые кроссоверы

Эти 12 кроссоверов большинство из вас увидит впервые

Популярная механика
Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок 2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок

Выпускницы мехмата сделали приложение для борьбы с математической тревожностью

Forbes
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

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
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
«Папа теперь миллиардер» «Папа теперь миллиардер»

У Клима Шипенко сейчас время абсолютного триумфа

OK!
Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица

Мария Бочкарёва была из тех русских женщин, которые коня на скаку остановят

Дилетант
Плохая компания Плохая компания

Что же делать, если твой малыш подружился с хулиганом?

Лиза
Папа Микки-Мауса: 7 мифов об Уолте Диснее Папа Микки-Мауса: 7 мифов об Уолте Диснее

Создатель «счастливейшего места на земле» и первый замороженный человек

Вокруг света
Эпизод четвертый: стигматы, мессии и религиозная эротика Эпизод четвертый: стигматы, мессии и религиозная эротика

Мессии, стигматы, три Марии и как записаться на обряд крещения к папе римскому

Esquire
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
7 самых распространенных ошибок, которые мы совершаем во время занятий любовью 7 самых распространенных ошибок, которые мы совершаем во время занятий любовью

Эти промахи портят твою интимную жизнь

Playboy
Подъем по тревоге Подъем по тревоге

Как перестать волноваться о глобальных проблемах и надвигающемся конце света

GQ
Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно Невидимая рука рынка: как анонимы в Telegram научились двигать котировки и почему это опасно

Телеграм-каналы научились «двигать рынки» и влиять на стоимость акций

Forbes
Значение одной улыбки: как важно делиться хорошими новостями Значение одной улыбки: как важно делиться хорошими новостями

Делиться «маленькими» хорошими новостями очень важно

Psychologies
Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места

Город-государство Сингапур целиком состоит из противоречий

Esquire
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
«У меня ничего не получится»: 5 шагов, чтобы изменить будущее «У меня ничего не получится»: 5 шагов, чтобы изменить будущее

Многие люди не уверены в собственных силах, и дело не во внешних помехах

Psychologies
«Вся страна знает, что я курю травку»: как наркотики разрушили жизнь Гуфа «Вся страна знает, что я курю травку»: как наркотики разрушили жизнь Гуфа

Как зависимость повлияла на жизнь музыканта Алексея Долматова

Cosmopolitan
Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом» Как эквадорец с русскими корнями перезапустил шаткий стартап с нуля, сделав его «единорогом»

Как эквадорец с русскими корнями запустил бизнес стоимостью более $1 млрд

Forbes
«Заговор» обреченных. Почему дело «Сети» — это новая норма «Заговор» обреченных. Почему дело «Сети» — это новая норма

Дело «Сети» вызвало возмущение у части общества

СНОБ
Идеальный домашний помощник: как выбрать вертикальный беспроводной пылесос «2 в 1» Идеальный домашний помощник: как выбрать вертикальный беспроводной пылесос «2 в 1»

Хотите эффективно убираться в квартире и при этом не зависеть от проводов?

CHIP
Жизнь по собственным правилам: каким был Кирк Дуглас Жизнь по собственным правилам: каким был Кирк Дуглас

Ярослав Забалуев вспоминает историю жизни актера Кирка Дугласа

РБК
Приставания на улице: хватит это терпеть! Приставания на улице: хватит это терпеть!

Что чувствуешь, когда незнакомый тебе мужчина вдруг начинает приставать к тебе?

Cosmopolitan
Женский день Женский день

Восьмое марта — это не только и не столько подарки и цветы

Vogue
Слова паразитов: как рос и хорошел молодежный жаргон последние 60 лет Слова паразитов: как рос и хорошел молодежный жаргон последние 60 лет

Метаморфозы молодежного сленга за последние полвека

Maxim
Открыть в приложении