Недавние исследования, проведенные Университетом Бергена, показали, что крупные грозы излучают гамма-излучение высокой энергии, явление, которое оказывается более распространенным и сложным, чем считалось ранее. Это революционное открытие было опубликовано 16 октября 2024 года в журнале Nature.
Спутники NASA впервые обнаружили высокоэнергетические частицы от гроз в 1990-х годах, изначально предназначенные для наблюдения космических событий, таких как сверхновые. Для дальнейшего изучения международная команда ученых использовала модифицированный шпионский самолет U2 для полетов над этими грозами и проведения анализа на месте.
Стив Каммер, профессор Университета Дьюка и соавтор исследования, заявил: "В грозах происходит гораздо больше явлений, чем мы предполагали. По сути, все крупные грозы генерируют гамма-излучение в течение всего дня в различных формах." Исследование показывает, что физика, стоящая за созданием этих высокоэнергетических всплесков, хорошо известна.
По мере развития грозы вихревые воздушные потоки взаимодействуют с каплями воды, градом и льдом, создавая электрический заряд, сопоставимый с тем, который возникает при трении шара о полотенце. Положительные частицы накапливаются на вершине грозы, в то время как отрицательные опускаются вниз, создавая электрическое поле, которое может быть столь же сильным, как 100 миллионов батареек AA.
Когда заряженные частицы, такие как электроны, сталкиваются с этим интенсивным полем, они ускоряются. Если они достигают достаточной скорости и сталкиваются с молекулами воздуха, они могут выбрасывать высокоэнергетические электроны, запускающие каскадный процесс, который может привести к ядерным реакциям и производству гамма-излучения, антиматерии и других форм радиации.
Исследование показало, что гамма-излучение не является редким явлением; во время месяца исследовательских полетов над крупными тропическими грозами к югу от Флориды команда наблюдала гамма-излучение в 9 из 10 полетов. Эта постоянная радиационная эмиссия сравнима с паром, выходящим из кипящей кастрюли, что указывает на предел энергии, который может накапливаться в этих грозах.
Кроме того, команда обнаружила несколько короткосрочных всплесков гамма-излучения, которые часто совпадали с активными разрядами молний, что указывает на то, что электрические поля, создаваемые молниями, вероятно, усиливают энергию электронов, облегчая высокоэнергетические ядерные реакции. Они также зафиксировали два типа гамма-всплесков, которые никогда ранее не наблюдались: один из которых длится менее миллисекунды, а другой состоит из быстрой последовательности из десяти отдельных всплесков в течение десятой доли секунды.
Хотя радиация представляет опасность только вблизи ее источника, Каммер отмечает, что опасности от турбулентности и сильных ветров в активных центрах гроз представляют собой большую проблему для самолетов.