Грози на Землі виявилися джерелом загадкового гамма-випромінювання, яке вчені тільки починають вивчати.
У 90-х роках штучні супутники НАСА, призначені для виявлення високоенергетичних частинок від наднових та інших астрономічних об’єктів, зробили несподіване відкриття – сплески гамма-випромінювання, які відбуваються просто на Землі. Хоча дослідникам вдалося швидко встановити, що ці радіоактивні частинки виникають у грозах, питання про те, наскільки поширене це явище, залишалося без відповіді.
Нещодавно модернізований розвідувальний літак U2, що належить НАСА, пролетів над грозами для отримання більш докладних даних. У двох нових статтях, опублікованих у Nature, автори дослідження показали, що гамма-випромінювання, яке виробляють грози, трапляється набагато частіше, ніж передбачалося, і містить безліч невирішених загадок.
«Виявляється, практично всі великі грози генерують гамма-випромінювання в різних формах упродовж усього дня», – каже Стів Каммер, професор інженерії з Університету Дьюка (США), один з авторів дослідження.
Під час посилення грози обертові потоки повітря підіймають водяні краплі, град і лід, створюючи електричний заряд: схоже на натирання повітряної кулі об одяг. Позитивно заряджені частинки опиняються у верхній частині шторму, тоді як негативно заряджені опускаються донизу, утворюючи електричне поле, яке може бути так само потужним, як 100 мільйонів батарейок типу АА.
Коли інші заряджені частинки, наприклад, електрони, потрапляють у таке потужне поле, вони починають розганятися. Якщо їхня швидкість досягає досить високих значень і вони стикаються з молекулою повітря, з останньої вибивається багато високоенергетичних електронів. Процес триває доти, доки зіткнення не стануть достатньо потужними для створення ядерних реакцій, що продукують надзвичайно сильні та швидкі спалахи гамма-випромінювання, антиматерії тощо.
Протягом місяця літак здійснив 10 польотів над великими штормами в тропіках на південь від Флориди, і в 9 випадках спостерігали слабке гамма-випромінювання, яке виявилося більш динамічним, ніж очікувалося.
«Вона скоріше нагадує величезний киплячий казан із гамма-випромінюванням як за малюнком, так і поведінкою», – сказав Мартіно Марісальді, професор фізики й технології в Університеті Бергена.
Грози в тропіках набагато більші за шторми на інших широтах. Це означає, що більш ніж половина всіх гроз у тропіках радіоактивні. Дослідники вважають, що таке низькорівневе гамма-випромінювання діє як своєрідна пара, що забирає надлишкову енергію з «каструлі» грози.
Ці спалахи гамма-випромінювання майже завжди відбуваються разом з активними розрядами блискавки. Це свідчить про те, що велике електричне поле, створюване блискавкою, імовірно, заряджає електрони з уже високою енергією, дозволяючи їм створювати ядерні реакції.
Також було виявлено щонайменше два інших типи коротких сплесків гамма-випромінювання, які раніше не спостерігалися. Один із типів надзвичайно короткий, менше тисячної частки секунди, тоді як інший являє собою низку приблизно 10 сплесків, що повторюються протягом десятої частки секунди.
«Ці дві нові форми гамма-випромінювання здаються мені найцікавішими. Вони, схоже, не пов’язані з розвитком блискавок. Вони якимось чином виникають спонтанно. Є натяки в даних, що вони можуть бути пов’язані з процесами, що ініціюють блискавки, які все ще залишаються загадкою для вчених», – сказав Каммер.
Кількість випромінювання була б небезпечною тільки в тому разі, якби людина або об’єкт перебували зовсім поруч із джерелом. Але в цьому випадку гамма-випромінювання було б найменшою з проблем. Літаки уникають польотів в епіцентрах гроз через екстремальну турбулентність і вітри.