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

Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале

Масон, заговорщик, бездарный полководец, «выезжавший» за счет чужих достижений?

Вокруг света
Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес Как и когда правильно взвешиваться, чтобы узнать точный вес

Как и когда правильно взвешиваться, чтобы определить точный вес до грамма

Cosmopolitan
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Обыкновенная история Обыкновенная история

Агрессия подростков – крайне неприятное, но закономерное и естественное явление

Лиза
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
Как это было на самом деле: 10 историй из известных ужастиков Как это было на самом деле: 10 историй из известных ужастиков

Если знать, что за кадром стоит реальная история, становится еще страшнее

Популярная механика
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
«А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных «А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных

Почему идти через голову непосредственного начальства — плохая идея

Forbes
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток Как правильно пить бренди и чем закусывать этот крепкий и солидный напиток

Приготовься, сейчас мы расскажем, как пить бренди правильно

Playboy
Закатать в биобанку Закатать в биобанку

Кто и зачем в России собирает биологические материалы людей и животных

Русский репортер
Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми» Мария Порошина: «Выстраиваю работу так, чтобы была возможность чаще общаться с детьми»

Актриса рассказала как совмещает карьеру и воспитание пятерых детей

Здоровье
«Люди людей еши» «Люди людей еши»

Неурожайные года и голод на Руси

Дилетант
В хорошие руки: 7 жен миллиардеров, которые вкладывают семейные деньги в благотворительность В хорошие руки: 7 жен миллиардеров, которые вкладывают семейные деньги в благотворительность

Жены миллиардеров, которые сделали благотворительность своей основной работой

Forbes
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
Как принять недостатки других Как принять недостатки других

Как сэкономить силы и позаботиться о себе и близких, учитывая слабые стороны

РБК
Мать-и-мачеха? Медуница? И впрямь не узнать! Мать-и-мачеха? Медуница? И впрямь не узнать!

У этих растений весной и летом совершенно разное обличье

Наука и жизнь
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
Привычка есть быстро Привычка есть быстро

Почему же быстро есть – вредно, и как поменять эту привычку

Здоровье
Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов Питательная маска для волос: 5 лучших рецептов для всех типов

Важна ли питательная маска в уходе для волос?

Cosmopolitan
Их союз выдержал испытание Их союз выдержал испытание

Мы можем дружить годами и семьями, а потом происходит что-то и связь обрывается

Psychologies
Анфиса Черных: «Люди перестали совершать безумные поступки» Анфиса Черных: «Люди перестали совершать безумные поступки»

Анфиса Черных - о женской дружбе, идеальных свиданиях и, конечно, о любви

Grazia
«Как понять, что я нормальный?» «Как понять, что я нормальный?»

Что такое норма и где граница, за которой кто-то становится «ненормальным»?

Psychologies
Новый альбом группы «Альянс» Новый альбом группы «Альянс»

Космическая тематика и отголоски 1980-х

Esquire
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

Отправляемся по «сладким» маршрутам

Лиза
Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти» Сергей Янчуков: «Добыча трудноизвлекаемого газа будет расти»

Мы — свидетели начала четвертого энергетического перехода

Forbes
Что вам нужно знать о докторе Антоне Криворотове Что вам нужно знать о докторе Антоне Криворотове

Стоматолог, который серьезно увлекается музыкой и поддерживает экодвижение

GQ
У сына конфликт с одноклассником: как помочь? У сына конфликт с одноклассником: как помочь?

В ситуации разногласий или вражды помогайте ребенку проговаривать свои эмоции

Psychologies
Зимний город Зимний город

Эти люди разрабатывают беспилотные автомобили, пригодные для российского климата

Популярная механика
Мутный Материк: как выглядит самое веселое село России Мутный Материк: как выглядит самое веселое село России

Мутный Материк — село с самым веселым названием

РБК
Открыть в приложении