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

Каменные джунгли Каменные джунгли

Мальдивцы стараются спасти свои леса от глобального потепления, сажая кораллы

Вокруг света
Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность

Рассказываем о плюсах и минусах пространств в формате оpen space

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
Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться Выбираем эмоции: зачем нужна саморегуляция и как ей научиться

Как научиться спокойно воспринимать любые ситуации и справляться со стрессом

РБК
Только без рук! Только без рук!

Невероятной популярности Венеры Милосской никак не мешает отсутствие рук

Вокруг света
Георгий Джикия: «Месси и Роналду – сложные соперники. Но против меня играл и еще выйдет на поле более грозный игрок» Георгий Джикия: «Месси и Роналду – сложные соперники. Но против меня играл и еще выйдет на поле более грозный игрок»

Интервью с капитаном «Спартака» и вице-капитаном сборной России Георгием Джикией

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность Техника “мост”, или Как развить внутреннюю чувствительность

Многие женщины хотели бы получать больше удовольствия от проникающего секса

Cosmopolitan
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов 7 вопросов Леониду Ольшанскому, защитнику автомобилистов

Леонид Ольшанский о взятках и штрафах

Русский репортер
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Где водятся инопланетяне — названо новое место Где водятся инопланетяне — названо новое место

Чтобы найти инопланетную жизнь, мы должны сосредоточиться на белых карликах

Популярная механика
Нулевая ступень Нулевая ступень

Весной 2019 года в небо поднялся самолет с самыми большими крыльями в истории

Популярная механика
Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь? Наши эмоции и язык, на которым мы говорим: есть ли связь?

Даже у общечеловеческих переживаний в различных культурах — свои оттенки

Psychologies
Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
Больше, чем любовь: как мы встречаемся и почему расстаемся Больше, чем любовь: как мы встречаемся и почему расстаемся

Почему друзья детства редко остаются с нами, а обрести новых непросто?

Psychologies
5 невероятных проектов для борьбы с потеплением 5 невероятных проектов для борьбы с потеплением

Как люди собираются противостоять глобальному потеплению

Популярная механика
Анна Дубровская: «Справедливости в театре не существует» Анна Дубровская: «Справедливости в театре не существует»

После схода ледника и пропажи съемочной группы мне приснился Бодров...

Караван историй
Раз пигмент, два пигмент Раз пигмент, два пигмент

Появившаяся на лице пигментация может свидетельствовать о различных заболеваниях

Здоровье
Лыжи и шубы: какой бизнес растопила аномально теплая зима Лыжи и шубы: какой бизнес растопила аномально теплая зима

Рассказываем, кто понес убытки, а кто пока выигрывает от изменения погоды

РБК
Девушка в саркофаге: как я живу с клаустрофобией и агорафобией Девушка в саркофаге: как я живу с клаустрофобией и агорафобией

Медиахудожница рассказывает о своей жизни с агорафобией и клаустрофобией

Cosmopolitan
Почему диеты не работают, а люди годами ходят в спортзал и не меняются? Почему диеты не работают, а люди годами ходят в спортзал и не меняются?

Юлия Вихрева поделилась эффективной стратегией похудения

Cosmopolitan
Mazda CX-5. Непредсказуемый успех Mazda CX-5. Непредсказуемый успех

Кроссовер Mazda CX-5 оказался очень хорош, отлично собран и вынослив

4x4 Club
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
«Последняя охота» Жана-Кристофа Гранже: отрывок из последнего романа о комиссаре Ньемане «Последняя охота» Жана-Кристофа Гранже: отрывок из последнего романа о комиссаре Ньемане

Первые главы нового детективного романа мэтра европейского детектива

Forbes
Стендап и этика: можно ли комику Луи Си Кею шутить про насилие, а нам — смеяться Стендап и этика: можно ли комику Луи Си Кею шутить про насилие, а нам — смеяться

Как стендап может существовать в эпоху политкорректности и #MeToo

Forbes
Как помыть СВЧ-печь быстро и легко Как помыть СВЧ-печь быстро и легко

Несколько советов о том, как помыть микроволновку подручными средствами

Популярная механика
Почему водители дорогих автомобилей плюют на ПДД: отвечает наука Почему водители дорогих автомобилей плюют на ПДД: отвечает наука

Связан ли стиль вождения со стоимостью или статусом автомобиля

Популярная механика
Това Мирвис: Женский клуб Това Мирвис: Женский клуб

Роман американской писательницы Товы Мирвис, который выйдет весной

СНОБ
«Ваше время истекло»: почему сессия у психотерапевта такая короткая «Ваше время истекло»: почему сессия у психотерапевта такая короткая

Почему «терапевтический час» длится меньше обычного — всего 45-50 минут

Psychologies
Открыть в приложении