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

Верные слуги короля Верные слуги короля

С XVII века королевские мушкетёры стали привилегированными войсками

Дилетант
Эпизод седьмой: предательство и подлог Эпизод седьмой: предательство и подлог

Кардинал Войелло обнаруживает неожиданного союзника, а папу предают

Esquire
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Якутия в эпицентре «собачьего» скандала Якутия в эпицентре «собачьего» скандала

Будет ли введен мораторий на закон об ответственном обращении с животными

Русский репортер
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
Вдох-выдох Вдох-выдох

Как распознать плеврит?

Добрые советы
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
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
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Штраф не пришел вовремя: как избежать лишних трат Штраф не пришел вовремя: как избежать лишних трат

Штрафы рекомендуется проверять самостоятельно

РБК
Пограничное состояние, или текс, мекс и индейцы Пограничное состояние, или текс, мекс и индейцы

Никакие пограничные посты не смогут разделить людей одной культуры

Вокруг света
Анна Плетнева: Анна Плетнева:

Анна Плетнева - о том, как она находит баланс между работой и личной жизнью

Cosmopolitan
Возмездие через годы Возмездие через годы

Самая успешная операция по ликвидации нацистов за всю историю «Моссада»

Дилетант
«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
Оккупация и сопротивление Оккупация и сопротивление

Ответы на вопросы об оккупации и силах сопротивления Второй мировой войны

Дилетант
Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым

Как поддерживать уровень удовольствия от жизни

Forbes
Дело об убийстве угличском Дело об убийстве угличском

Дело розыскное 1591 года, об убийстве царевича Дмитрия Иоанновича

Дилетант
2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок 2+2. Как выпускницы мехмата сделали учебное приложение для детей и покорили азиатский рынок

Выпускницы мехмата сделали приложение для борьбы с математической тревожностью

Forbes
Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской

В пятом выпуске цикла про важные детские книги — повесть о плюшевом зайце

Esquire

Список коротких и важных правил, чтобы техника больше не ломалась по вашей вине

Cosmopolitan
Техника физиков Техника физиков

Как выпускники превращают онлайн-школу английского в образовательный холдинг

Forbes
От чего зависит уровень вашего либидо От чего зависит уровень вашего либидо

У либидо есть два фронта – видимый и невидимый

GQ
Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками? Почему галогеновые лампочки нельзя трогать руками?

Ни в коем случае нельзя касаться галогеновой лампы руками. Что может произойти?

CHIP
Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками Почему жители марсианских городов могут стать болезненными очкариками

Поколения, выросшие на Марсе, будут разительно отличаться от "землян"

Популярная механика
Никогда не заказывайте коктейль для незнакомой девушки Никогда не заказывайте коктейль для незнакомой девушки

Экспертно заявляет создатель лондонского бара The Gibson Мариан Беке

GQ
Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд Ironman выставили на продажу: китайский миллиардер хочет за организатора триатлонов $1 млрд

Wanda Sports Group задумалась о продаже организатора соревнований по триатлону

Forbes
Город будущего, погибший из-за атомной катастрофы Город будущего, погибший из-за атомной катастрофы

Один из перспективных советских городов должен был отмечать свое 50-летие

Популярная механика
«Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски «Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски

Чем грозит миллиардеру заявление Минфина США?

Forbes
12 артхаусных фильмов, которые можно смотреть, не засыпая 12 артхаусных фильмов, которые можно смотреть, не засыпая

Что стоит посмотреть, если приспичило приобщиться к высокому артхаусу?

Maxim
Росгвардейцы под замком. Что и почему привиделось сенатору Бондареву Росгвардейцы под замком. Что и почему привиделось сенатору Бондареву

Время, в котором мы стоим, наполнено тайнами

СНОБ
Открыть в приложении