Ученые зафиксировали странное излучение во время грозы – поможет объяснить причину молнии

Ученые-физики обнаружили новую форму γ-излучения, возникающего вследствие тропических гроз, и показали, что такие невидимые вспышки энергии на Земле более распространены, чем считалось ранее.

Новые исследования ученых опубликованы в Nature Geoscience.

Группа ученых из Университета Бергена в Норвегии сделала открытие с помощью инструментов на высотном самолете-разведчике, который был переоборудован NASA. Однопилотный самолет совершил десять полетов в 2023 году и пролетел 1,5 километра над штормами в Карибском бассейне и Центральной Америке.

Ранее ученые задокументировали два типа феномена γ-лучей в штормах — секундные свечения и вспышки большей интенсивности, известные как земные вспышки γ-лучей (TGF), которые продолжаются лишь миллионные доли секунды. Механизмы, стоящие за обоими, недостаточно ясны, как и их связь.

Детекторы на борту самолета заметили появляющиеся во время одного шторма оба типа излучения. Они увидели около 500 свечений и 130 TGF – гораздо больше, чем они ожидали. И свечение было не таким, как ожидалось. Вместо равномерного жужжания излучение резко возрастало и уменьшалось, разливаясь по области шириной около 100 километров, как кипящая вода.

Оба вида излучения раньше редко наблюдались.

"Мы увидели, что над этими тропическими штормами они действительно очень распространены", – говорит Мартино Марисалди, соавтор и физик атмосферы высоких энергий из Бергенского университета.

Но команда также увидела 24 случая нового вида γ-излучения – мерцающие вспышки. Эти импульсы возникали в результате свечения и продолжались 250 миллисекунд, имея черты между двумя другими типами излучения. Во время каждой вспышки излучение возростало примерно в десяток раз в течение примерно одной десятой секунды.

Таинственные гамма-лучи могут помочь решить давнюю загадку молнии

Это недавно наблюдаемое излучение может стать ключевым для понимания того, как γ-лучи возникают на Земле. С 1980-х годов ученые знают, что штормы могут излучать γ-лучи. Это происходит, когда электрические поля напряжением около 100 миллионов вольт развиваются внутри бурных облаков, создавая естественный ускоритель частиц. Когда каскады электронов, двигающихся со скоростью, близкой к световой, сталкиваются с молекулами воздуха, они испускают γ-излучение. Но откуда берется столько этих электронов, остается непонятным.

Как утверждает Джозеф Дваер, физик из Университета Нью-Гэмпшира в Дареме, последние данные совпадают с моделью, которую он представил в 2003 году. Согласно с ней высокоэнергетическое излучение иногда создает позитроны, антиматерию, аналоги электронов. Они будут двигаться в противоположном направлении к электронам, в цикле, который создает новые лавины частиц, что может объяснить количество γ-лучей и мерцания.

Удары молнии происходили после большинства свечений и мерцающих вспышек и одновременно с TGF. Модели предполагают, что электронная лавина может частично разрядить облако, вызвав рост поля в другом месте и инициирование молнии.