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

Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Как выбрать гимнастический обруч Как выбрать гимнастический обруч

На что стоит обратить внимание, выбирая гимнастический обруч?

Cosmopolitan
Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день

Делимся лайфхаками, которые помогут изменить пищевой режим

РБК
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны

Талантливый инженер Роберт Маллет создал самую большую мортиру

Популярная механика
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Вам не обязательно быть лучшими друзьями с вашей второй половиной Вам не обязательно быть лучшими друзьями с вашей второй половиной

Пора отойти от клише, что влюбленные обязательно должны быть лучшими друзьями

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Как создатель Всемирной паутины отбирает интернет у корпораций Как создатель Всемирной паутины отбирает интернет у корпораций

Создатель Всемирной паутины хочет изменить ее и отдать власть пользователям

Forbes
Война и мир, или три встречи с Кустурицей Война и мир, или три встречи с Кустурицей

Репортаж из Боснии и Герцеговины глазами Эмира Кустурицы

Вокруг света
Как понять, что вы растворились в отношениях Как понять, что вы растворились в отношениях

Общаясь с кем-то, мы порой чувствуем, что теряем самих себя

Psychologies
Первый украинский губернатор Первый украинский губернатор

В истории портретов случаются удивительные метаморфозы

Дилетант
Самые дорогие породы собак в мире — от азавака до тибетского мастифа Самые дорогие породы собак в мире — от азавака до тибетского мастифа

Какую собаку ты бы себе выбрал?

Playboy
Половцы: кому враги, а кому союзники Половцы: кому враги, а кому союзники

Половцы больше всех повлияли на развитие молодого государства Древней Руси

Дилетант
Финнеас О'Коннелл: «Мы с Билли обожаем Бонда» Финнеас О'Коннелл: «Мы с Билли обожаем Бонда»

Ему только 22 года, а он уже выиграл пять «Грэмми»

GQ
Лургиканская пещера и её ледяные скульптуры Лургиканская пещера и её ледяные скульптуры

Мир пещер бесконечно притягателен

Наука и жизнь
Слова паразитов: как рос и хорошел молодежный жаргон последние 60 лет Слова паразитов: как рос и хорошел молодежный жаргон последние 60 лет

Метаморфозы молодежного сленга за последние полвека

Maxim
Никогда не заказывайте коктейль для незнакомой девушки Никогда не заказывайте коктейль для незнакомой девушки

Экспертно заявляет создатель лондонского бара The Gibson Мариан Беке

GQ
«Искусство причинять себе зло»: как избавиться от ревности «Искусство причинять себе зло»: как избавиться от ревности

Ревность разрушает даже самые искренние чувства, и избавиться от нее непросто

Psychologies
Дорого и нет времени. Почему россияне не любят спорт и что с этим делать Дорого и нет времени. Почему россияне не любят спорт и что с этим делать

Есть ли в России ЗОЖ и сколько людей в стране реально занимаются спортом

Forbes
Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа Реальный Ретт Батлер бил жену: как Митчелл сделала из мужа-абьюзера героя романа

Она написала красивую сказку об идеальном мужчине

Cosmopolitan
Что такое быстрый и медленный сон и как правильно спать? Что такое быстрый и медленный сон и как правильно спать?

Почему так важен крепкий продолжительный сон и как улучшить его качество

Cosmopolitan
Почему вам нужно начать закаляться Почему вам нужно начать закаляться

Холодный душ и ледяные ванны сделают вас здоровее и счастливее

GQ
Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица

Мария Бочкарёва была из тех русских женщин, которые коня на скаку остановят

Дилетант
Где водятся инопланетяне — названо новое место Где водятся инопланетяне — названо новое место

Чтобы найти инопланетную жизнь, мы должны сосредоточиться на белых карликах

Популярная механика
Как и зачем восстанавливать сломанные отношения Как и зачем восстанавливать сломанные отношения

Рассказываем, как восстанавливать отношения, не забывая о собственных интересах

РБК
Самый дорогой кофе в мире: 8 сортов для настоящих гурманов Самый дорогой кофе в мире: 8 сортов для настоящих гурманов

Эти зерна могут очень сильно ударить по карману

Playboy
Потому что любим Потому что любим

Почему одних судьба балует, а другим каждый шаг по жизни дается с трудом?

Лиза
Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач Как просмотреть программы в автозагрузке Windows 10, если заблокирован Диспетчер задач

Что делать, если вирус заблокировал Диспетчер задач

CHIP
Открыть в приложении