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

Кунсткамера Кунсткамера

Самый маленький автомобиль в мире, ядовитый сад и запрещенное в США дерево

Наука и жизнь
Пять самых странных полярных сияний Пять самых странных полярных сияний

Вы когда-нибудь слышали о черном сиянии или пульсирующем, о зеленых «дюнах»?

Популярная механика
«Все это было чудом» «Все это было чудом»

«Союз» — «Аполлон»: пример того, что космос возможен как зона сотрудничества

Монокль
«Я рисковый человек: лечу на край света без оглядки!» «Я рисковый человек: лечу на край света без оглядки!»

Актриса Наталья Рудова дебютирует в роли телеведущей реалити «Место под солнцем»

OK!
Почитать. Топ-10 Почитать. Топ-10

Книги об истории обуви, искусстве и первом кризисе Русской церкви

Дилетант
Спорт с утра — а не опасно ли? Тренер рассказывает, когда лучше заниматься Спорт с утра — а не опасно ли? Тренер рассказывает, когда лучше заниматься

Мы решили узнать у экспертов, вредно ли тренироваться по утрам

Cosmopolitan
Ролевая модель Ролевая модель

Чем может похвастаться Кайя Гербер и в чем заключается секрет ее успеха

Grazia
«Железные» леди 50+ «Железные» леди 50+

Эти героини доказывают: после 50 можно добиться серьезных результатов в спорте

Здоровье
Как зайти в биос на ноутбуке HP? Как зайти в биос на ноутбуке HP?

Каждый уважающий себя пользователь должен уметь заходить в БИОС

CHIP
12 лучших фильмов про путешествия во времени 12 лучших фильмов про путешествия во времени

Список фильмов о путешествиях во времени

Maxim
«Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам «Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам

Высокая чувствительность к отвержению — следствие сложного детского опыта

Psychologies
Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой Книги для детей: «Сахарный ребенок» Ольги Громовой

В основе сюжета — реальные воспоминания Стеллы Нудольской о трудовом лагере

Esquire
17 главных заграничных песен о России 17 главных заграничных песен о России

Все самые знаменитые песни о России, придуманные иностранными артистами

Maxim
Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ Артем Нарышкин: Фундаменталисты против либералов: противостояние внутри РПЦ

Раскол внутри РПЦ разделяет верующих не меньше реформы патриарха Никона

СНОБ
Лукавое равноправие: что не так с отношением к женщинам в российском бизнесе Лукавое равноправие: что не так с отношением к женщинам в российском бизнесе

Первая в истории объективная оценка гендерного равенства в российском бизнесе

Forbes
Далеко не красавчик Далеко не красавчик

Для того чтобы стать секс-символом, необязательно иметь эталонную внешность

Лиза
Не переступай черту Не переступай черту

Чтобы добиться семейной гармонии, важно установить в доме личные границы

Лиза
Что делать, если ребенок пишет медленно и с ошибками Что делать, если ребенок пишет медленно и с ошибками

Как понять, что вашему ребенку трудно освоить навык письма?

Psychologies
«Волкодлаки Сталина» и другие безумные книги в жанре русской военно-исторической фантастики «Волкодлаки Сталина» и другие безумные книги в жанре русской военно-исторической фантастики

Официальные аннотации к российской военно-исторической фантастике

Maxim
Методичка для методологов. Поможем администрации завлечь людей на «добровольное голосование» Методичка для методологов. Поможем администрации завлечь людей на «добровольное голосование»

41% жителей России никогда не читали Конституцию

СНОБ
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
Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит

Где учат эко-грамоте и что скрывается за термином «устойчивость»

Forbes
Сели на шею Сели на шею

Аккуратный отложной воротничок — ваш билет в счастливое детство

Vogue
«Без любви и без музыки жизнь была бы ошибкой» «Без любви и без музыки жизнь была бы ошибкой»

Впервые в истории шоу «Холостяк» главным героем стал немедийный человек

OK!
От ангельской красавицы до инопланетянки: что не так с Николь Кидман От ангельской красавицы до инопланетянки: что не так с Николь Кидман

Николь Кидман по-прежнему красива, но что-то в ней не то

Cosmopolitan
Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году Как выбрать Wi-Fi роутер для квартиры в 2020 году

Лучшие предложения роутеров для квартиры на рынке

CHIP
Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря

Начало романа норвежского писателя Мортенса Андреаса Стрекнесса

СНОБ
Чем женский японский язык отличается от мужского Чем женский японский язык отличается от мужского

Отрывок из книги Гастона Доррена о языках «Вавилон: Вокруг света за 20 языков»

СНОБ
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
Коктейль «Идиот». Знаменитый российский бармен Вячеслав Ланкин о трендах, выпивке и людях Коктейль «Идиот». Знаменитый российский бармен Вячеслав Ланкин о трендах, выпивке и людях

Вячеслав Ланкин раскрыл нам секрет приготовления коктейля «Идиот»

4x4 Club
Открыть в приложении