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

Сила слова Сила слова

Некоторым нужно меньше минуты, чтобы прочитать стандартную страницу текста

Вокруг света

Стихотворения мальчика с синдромом Дауна — о музыке, любви, красоте и тревоге

Esquire
Каменные джунгли Каменные джунгли

Мальдивцы стараются спасти свои леса от глобального потепления, сажая кораллы

Вокруг света
Это не НЛО: история американского самолета-шпиона Это не НЛО: история американского самолета-шпиона

На темном небе мелькнула загадочная вспышка...

Популярная механика
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Почему все выключатели и автоматы включаются вверх, а отключаются вниз? Почему все выключатели и автоматы включаются вверх, а отключаются вниз?

Большинство выключателей света включают питание вверх, сделано это не просто так

CHIP
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
Ядерное дежавю: существует ли ракета с ядерным двигателем Ядерное дежавю: существует ли ракета с ядерным двигателем

Мир снова заговорил об атомном оружии и военных ядерных технологиях

Популярная механика
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
И целой зимы мало И целой зимы мало

Куда податься тем, кому в этом году катастрофически не хватило снега

Лиза
Гидрофойл для миллионов Гидрофойл для миллионов

Гидрофойл – доска на подводных крыльях для серфинга

Популярная механика
В каких отелях жил Джеймс Бонд В каких отелях жил Джеймс Бонд

Вспоминаем все гостиницы, где агент 007 останавливался в прошлом

GQ
Уроки на экваторе Уроки на экваторе

Месяц в деревне в Кении глазами волонтера-учительницы из России

Вокруг света
Российский рынок проигнорировал распродажу и панику на китайских биржах Российский рынок проигнорировал распродажу и панику на китайских биржах

На китайском рынке в первый день торгов после каникул случились обвал и паника

Forbes
Обратная сторона праздника Обратная сторона праздника

Почему многие признаются, что праздники для них – это самое грустное время

Psychologies
Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря Мортенс А. Стрекнесс: Времена моря

Начало романа норвежского писателя Мортенса Андреаса Стрекнесса

СНОБ
Пушкинская речь Пушкинская речь

Идейные антагонисты — Иван Тургенев и Фёдор Достоевский

Дилетант
10 необычных образцов оружия 10 необычных образцов оружия

Эти оружейные образцы с первого взгляда способны вызвать немалое удивление

Популярная механика
10 фактов о Бобе Марли 10 фактов о Бобе Марли

Вспоминаем самые интересные эпизоды из биографии Боба Марли

GQ
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

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

Есть женщины, из которых энергия бьет ключом

Psychologies
5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь 5 киношных штампов, которые сильно портят нашу интимную жизнь

Пора уже плюнуть на вредные стереотипы о сексе

Playboy
Самооценка или самоценность — что выбираете? Самооценка или самоценность — что выбираете?

О том, что такое самоценность и в чем ее отличие от самооценки

Psychologies
Что мы знаем о смехе: какое место в мозге занимает юмор, почему щекотка вызывает смех и почему мы реагируем на шутки по‑разному Что мы знаем о смехе: какое место в мозге занимает юмор, почему щекотка вызывает смех и почему мы реагируем на шутки по‑разному

О смехе крыс, о смерти от смеха и других явлениях, связанных с юмором

Esquire
Стиральная машина активаторного типа: чем она лучше автомата? Стиральная машина активаторного типа: чем она лучше автомата?

Чем активаторные стиралки действительно лучше современных автоматических машин.

CHIP
Женщины XXI века: меняются и меняют Женщины XXI века: меняются и меняют

Что происходит с гендерными ролями в XXI веке?

Домашний Очаг
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
Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше Вредные штампы: когда искренность и вдумчивость работают лучше

Устоявшиеся, набившие оскомину выражения делают речь бесцветной и бедной

Psychologies
С правилом «2-2-2» ваша пара станет еще счастливее С правилом «2-2-2» ваша пара станет еще счастливее

С правилом «2-2-2» вы сможете превратить время, проведенное вместе, в праздник

Psychologies
Виктория Исакова: «Я во всем ищу смыслы» Виктория Исакова: «Я во всем ищу смыслы»

Мы попытались выяснить, чего хочет от жизни актриса Виктория Исакова

Glamour
Открыть в приложении