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

Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
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
Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик? Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик?

О проблеме перевода или огласовки иностранных имён собственных

Наука и жизнь
Эмилия Кларк: горячие фото матери драконов из «Игры престолов» Эмилия Кларк: горячие фото матери драконов из «Игры престолов»

Перед тобой Дейнерис во всей красе

Playboy
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Системный администратор Системный администратор

Почему айтишники считают премьера Михаила Мишустина главным CIO страны

Forbes
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
7 пар обуви, опасных для здоровья 7 пар обуви, опасных для здоровья

А как вредишь своим ногам ты?

Лиза
Пути и маршруты Пути и маршруты

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

Наука и жизнь
Похудела в три раза: как американка весом 300 кг взяла себя в руки Похудела в три раза: как американка весом 300 кг взяла себя в руки

Простые девушки одерживают героические победы над собственным весом

Cosmopolitan
Наши высочества Наши высочества

Интервью с высокими и талантливыми актрисами сериала «Дылды»

Maxim
И тепло, и в розах И тепло, и в розах

Как сейчас производят национальный символ России — павловопосадский платок

Огонёк
Свинцовые прелести Свинцовые прелести

«Вокруг света» отправился на родину богемского хрусталя

Вокруг света
Идеальный домашний помощник: как выбрать вертикальный беспроводной пылесос «2 в 1» Идеальный домашний помощник: как выбрать вертикальный беспроводной пылесос «2 в 1»

Хотите эффективно убираться в квартире и при этом не зависеть от проводов?

CHIP
9 мифов об Альберте Эйнштейне 9 мифов об Альберте Эйнштейне

Правда и мифы о создателе теории относительности

Вокруг света
Георгий Джикия: «Месси и Роналду – сложные соперники. Но против меня играл и еще выйдет на поле более грозный игрок» Георгий Джикия: «Месси и Роналду – сложные соперники. Но против меня играл и еще выйдет на поле более грозный игрок»

Интервью с капитаном «Спартака» и вице-капитаном сборной России Георгием Джикией

GQ
Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать? Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать?

Почему рычащие кошки не мурлычут, а мурлыкающие не рычат?

Наука и жизнь
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
Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких

Принято считать, что в браке надо открыто обсуждать обиды

Psychologies
Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек

Если ты решила похудеть, прислушивайся к своему организму и не усердствуй

Cosmopolitan
«Мы продолжим делать то, чему он учил». Декан факультета социальных наук «Шанинки» Виктор Вахштайн о Теодоре Шанине «Мы продолжим делать то, чему он учил». Декан факультета социальных наук «Шанинки» Виктор Вахштайн о Теодоре Шанине

Виктор Вахштайн — о своем учителе, коллеге и друге Теодоре Шанине

СНОБ
Ловушки мышления. Почему проблемы с деньгами возникают даже у умных людей Ловушки мышления. Почему проблемы с деньгами возникают даже у умных людей

Какие иллюзии мешают вам жить и какие существуют способы противостоять им

Forbes
Мы так не договаривались! Как решать разногласия в паре Мы так не договаривались! Как решать разногласия в паре

Все способы решить разногласия в паре делятся на несколько групп

Домашний Очаг
Компактный вариант Компактный вариант

Кроссоверы уверенно завоевывают российский автомобильный рынок

Эксперт
Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи Гарри Стайлс убедит вас носить женские вещи

Гарри Стайлс запоминается не только выступлениями, но и неординарными нарядами

GQ
Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата Больше чем Джокер: блестящие роли лауреата

Помимо Джокера в фильмографии Хоакина Феникса есть и другие отличные роли

Cosmopolitan
Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами Водителей испугали репрессией: что на самом деле будет со штрафами

Новые штрафы для автомобилистов в Госдуме назвали коммерческими

РБК
Ежик в космосе: как испытывали ядерный лазер Рейгана Ежик в космосе: как испытывали ядерный лазер Рейгана

Можно ли создать направленный ядерный заряд?

Популярная механика
Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде

Кто стал избранником Арианы Гранде на этот раз и кто был замечен с ней раньше

Cosmopolitan
Одинокая, самодостаточная и счастливая: возможно ли это? Одинокая, самодостаточная и счастливая: возможно ли это?

Почему нам иногда так не хватает рядом близкого человека

Psychologies
Открыть в приложении