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

Наука и жизнь. Архив Наука и жизнь. Архив

Статьи об исследованиях жидкого гелия и вообще низких температур

Наука и жизнь
Протоиерей, депутат и глава Роскосмоса: главные номинанты премии Протоиерей, депутат и глава Роскосмоса: главные номинанты премии

Кто из российских персон и компаний претендует на антипремию «Сексист года»

Cosmopolitan
Победа и Наука. Взгляд из Сибири Победа и Наука. Взгляд из Сибири

Война стала высшей точкой слияния науки и государства

Знание – сила
5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация 5 книг про ВИЧ и СПИД: самая важная информация

Подборку 5 книг, в которых вы найдете ответы на все вопросы о ВИЧ

Популярная механика
Президентская кампания Хиллари Клинтон Президентская кампания Хиллари Клинтон

Люди, пришедшие поддержать Хиллари Клинтон, повернулись к ней спиной

Дилетант
Гривны, песо, сомы и тенге: сколько стоят Lada за границей Гривны, песо, сомы и тенге: сколько стоят Lada за границей

Куда АвтоВАЗ поставляет машины марки Lada и где продается самая дешевая Granta

РБК
Троянские кони войны: военные планеры Троянские кони войны: военные планеры

Планеры всегда привлекали военных инженеров бесшумностью и дешевизной

Популярная механика
Suzuki Jimny. Возврат к эпохе «Самураев» Suzuki Jimny. Возврат к эпохе «Самураев»

На рынке появился новый Suzuki Jimny: не какой-то рестайлинговый, а all new

4x4 Club
Дамы, ваш выход Дамы, ваш выход

Мир искусства, дизайна и архитектуры был бы совсем другим, если бы не женщины

AD
Три в одной: Марта Кетро о том, как мужчины ищут правильную женщину Три в одной: Марта Кетро о том, как мужчины ищут правильную женщину

У большинства мужчин нехитрые представления о хорошей жене

Cosmopolitan
Протоиерей Николай Данилевич: Раскол не устраняется росчерком пера Протоиерей Николай Данилевич: Раскол не устраняется росчерком пера

УПЦ (МП) вместе с РПЦ отказалась признавать решение Вселенского патриарха

СНОБ
Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети Новые динозавры: как сервисы доставки еды могут разрушить крупнейшие розничные сети

Ретейлеров, которые проигнорируют новый тренд, ждет судьба Kodak и Nokia

Forbes
Как приложения для знакомств мешают нам найти свою любовь Как приложения для знакомств мешают нам найти свою любовь

Приложения для знакомств заставляют нас уставать, врать и разочаровываться

Psychologies
10 правил планирования кухни - советы специалиста 10 правил планирования кухни - советы специалиста

Планирование кухни - дело непростое и весьма ответственное

Cosmopolitan
Здравомыслящие россияне. О чем свидетельствуют опросы социологических служб Здравомыслящие россияне. О чем свидетельствуют опросы социологических служб

Народ выжидает и одновременно тихо ропщет, мечтая о прекрасном мире

СНОБ
Дочери дракона Дочери дракона

«Длинношеие» женщины народа Падаунг из Мьянмы носят «ожерелье» из тяжелых колец

Вокруг света
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
Как не сорваться на диете: простой, но эффективный метод Как не сорваться на диете: простой, но эффективный метод

Ограничивая себя в еде, мы каждый день боремся с искушением

Psychologies
Гнет свою линию: куда идет эволюция смартфонов Samsung Гнет свою линию: куда идет эволюция смартфонов Samsung

В феврале проходит традиционное для Samsung событие — Galaxy Unpack

РБК
«Какого черта я натворил?» Как наследник миллиардов оказался на скамье подсудимых после случайного признания в убийстве «Какого черта я натворил?» Как наследник миллиардов оказался на скамье подсудимых после случайного признания в убийстве

Роберт Дерст мог стать преемником своего отца и унаследовать семейный бизнес

Forbes
«Мне интересно провоцировать зрителя» «Мне интересно провоцировать зрителя»

Максим Матвеев – о том, почему не нужно стыдиться ходить к психологу

OK!
«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
Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе

В отличие от большинства звезд, Бетельгейзе все знают лично

Популярная механика
Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов

С помощью кардио можно увеличить выносливость и укрепить сердечную мышцу

CHIP
Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется Шесть бытовых приборов, которым больше лет, чем кажется

Захватывающие подробности биографии твоих любимых предметов бытовой техники

Maxim
«Дорогие штучки»: десять самых дорогих картин из коллекций миллиардеров мира «Дорогие штучки»: десять самых дорогих картин из коллекций миллиардеров мира

Кому по карману бессмертные и почти бесценные творения мастеров?

Forbes
12 вещей, которые должны быть на кухне у мужчины 12 вещей, которые должны быть на кухне у мужчины

Хорошая кухня — гарантия того, что ты будешь нравиться самому себе

Maxim
Хозяйка замка Хозяйка замка

Марси Холтес открывает для публики французское шато с 250-летней историей

Robb Report
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
Ярче Луны Ярче Луны

Если вы вдруг не узнали девушку на фото, рекомендуем набрать Lizzo в iTunes

Glamour
Открыть в приложении