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

Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод» Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод»

Во времена СССР шефа жандармов называли врагом свободолюбия и гонителем Пушкина

Дилетант
Верные друзья Верные друзья

Елизавета Голубцова и Марина Бирюкова оформили квартиру для семьи старого друга

AD
Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
Парфюмер Фредерик Маль — об аромате для Ренаты Литвиновой Парфюмер Фредерик Маль — об аромате для Ренаты Литвиновой

Что общего у картин и ароматов и почему важно дружить с парфюмерами

РБК
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Марка, за которой стоит следить: марокканское наследие, ирония и новый взгляд на комфорт в коллекциях Casablanca Марка, за которой стоит следить: марокканское наследие, ирония и новый взгляд на комфорт в коллекциях Casablanca

Каждый модный сезон приносит открытия

Esquire
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 просить подарки и не быть меркантильной — рассказывает психолог Как просить подарки и не быть меркантильной — рассказывает психолог

Впереди гендерные праздники и мы рискуем пополнить наши запасы плюшевых медведей

Cosmopolitan
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Что такое гель-лак и как его правильно наносить? Советы для идеального маникюра Что такое гель-лак и как его правильно наносить? Советы для идеального маникюра

Что такое гель-лак и как его правильно наносить в домашних условиях

Cosmopolitan
Царь-пушка Царь-пушка

По случаю выхода фильма «Калашников» мы решили разобрать Калашникова

Maxim
Мировая война, она же Мелкая пакость Мировая война, она же Мелкая пакость

Стартовая фактура всем известна, не будем повторяться

СНОБ
Арестантская башня на Новой Голландии Арестантская башня на Новой Голландии

Уверяют, что поговорка в виде совета «не лезь в бутылку» родилась в Петербурге

Дилетант
9 разумных фактов о фильме «Безумный Макс. Дорога ярости» 9 разумных фактов о фильме «Безумный Макс. Дорога ярости»

Вот 9 фактов о всенародно любимом фильме, которые ты скорее всего не знал

Maxim
Карантин как повод для бунта Карантин как повод для бунта

В Российской империи попытки борьбы с эпидемиями могли быть для власти опасными

Дилетант
Как избежать появления растяжек? 7 полезных подсказок для спортсменов и не только Как избежать появления растяжек? 7 полезных подсказок для спортсменов и не только

Линии на теле, с которыми все пытаются бороться

Playboy
Микроскопические свидетельства глобальных катастроф Микроскопические свидетельства глобальных катастроф

Кандидат физико-математических наук о том, как метеориты влияют на нашу судьбу

Наука и жизнь
Вечно пьяные: что такое внутренний алкоголь и зачем он нужен Вечно пьяные: что такое внутренний алкоголь и зачем он нужен

Каким образом крепкие напитки ведут к депрессии

РБК
Дрянная девчонка Дрянная девчонка

От сериала «Дрянь» до бондианы — история успеха Фиби Уоллер-Бридж

Vogue
«У нас все в семье — будущие предприниматели»: дочь Олега Тинькова о жизни в Лондоне, отношениях с отцом и советах Ричарда Брэнсона «У нас все в семье — будущие предприниматели»: дочь Олега Тинькова о жизни в Лондоне, отношениях с отцом и советах Ричарда Брэнсона

Даша Тинькова — о желании строить карьеру вне семейного бизнеса

Forbes
Как построить свечной бизнес и не прогореть Как построить свечной бизнес и не прогореть

Мира Бруман может смело давать советы стартаперам

РБК
Наша эра. К юбилею Леонида Парфенова Наша эра. К юбилею Леонида Парфенова

Что сделал Парфенов для отечественного ТВ и о силе его экранного образа

СНОБ
Настоящий полковник Настоящий полковник

Строительный и вещевой рынки сделали Владимира Лещикова миллиардером

Forbes
Опасные игры с ОПЕК: как Россия намерена отчитываться по соглашению, одновременно наращивая добычу Опасные игры с ОПЕК: как Россия намерена отчитываться по соглашению, одновременно наращивая добычу

Заявление о возможном выходе России из ОПЕК+ привело к падению нефтяных цен

Forbes
Когда пора к психологу: 7 тревожных признаков Когда пора к психологу: 7 тревожных признаков

Есть как минимум семь случаев, когда нужно сказать о своей проблеме специалисту

Maxim
Захватывающие фильмы на одном дыхании: 16 лент, которые не поставишь на паузу Захватывающие фильмы на одном дыхании: 16 лент, которые не поставишь на паузу

Фильмы, которые невозможно забыть.

Playboy
От суфражисток до Исламской революции: 13 удивительных фото От суфражисток до Исламской революции: 13 удивительных фото

Наш взгляд в прошлое через уникальные фотографии

Популярная механика
Дикая и загадочная: что стало с Антарктидой за 200 лет Дикая и загадочная: что стало с Антарктидой за 200 лет

Что вы знаете про пятый по величине континент нашей планеты

Популярная механика
«Почему зимой мы болеем чаще?»: 7 частых вопросов про иммунитет «Почему зимой мы болеем чаще?»: 7 частых вопросов про иммунитет

Как выжить зимой без простуды и всем ли нужны иммуномодуляторы

Cosmopolitan
Пластик-шейминг и другие поводы (не)заслуженно пристыдить знакомых Пластик-шейминг и другие поводы (не)заслуженно пристыдить знакомых

Ликбез по новым видам шейминга, чтобы попытаться оправдать пристыженных

РБК
Открыть в приложении