Молнии создают самое мощное излучение в атмосфере: физики впервые выяснили каким образом

Фото: ScienceAlert

Ученые впервые зафиксировали момент, когда два электрических тока сталкиваются, образуя молнию, что впервые дало возможность выяснить, как молнии создают вспышки гамма-излучения на Земле. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет ScienceAlert.

Напоминаем, что молния представляет собой электрический разряд, который возникает во время грозы и сопровождается вспышками света. Теперь же физики впервые смогли подтвердить теорию о том, что земные гамма-вспышки, или TGF, которые связаны с появлением молнии, являются результатом мощного электрического поля, которое ускоряет электроны почти до скорости света.

Молнии проходят путь между грозовыми облаками и землей достаточно быстро, но не мгновенно и нужен путь, который расчищает в атмосфере лидер молнии. Воздух не очень хорошо проводит электричество, но накопление электрических зарядов в атмосфере из-за грозы может создать ионизированный канал воздуха, по которому могут течь электрические токи. Это лидер молнии, и он может выходить как вниз из грозовых облаков, так и вверх от земли.

Считается, что TGF возникаю в результате ускорения электронов до почти скорости света (300 000 км/ч) в сильных электрических полях, которые создают грозы. Это ускорение электронов известно, как релятивистские лавины убегающих электронов. Когда электроны внезапно замедляются из-за столкновения я ядрами атомов в атмосфере Земли, то они теряют энергию и это проявляется в виде гамма-излучения.

Физики использовали специальное устройство для съемки сталкивающихся молний на нескольких длинах волн света. Это устройство способно фиксировать такие события в масштабах микросекунд. В результате ученые выяснили, что TGF и удар молнии не возникают одновременно. Скорее земные гамма-вспышки возникают до удара молнии. Физики наблюдали два лидера молний, ​​один из которых был отрицательно заряжен и летел вниз от грозовой тучи, а другой был положительно заряжен и летел вверх от земли.

Прямо перед встречей двух противоположно заряженных лидеров молний между ними возникло сильное электрическое поле, в котором электроны были ускорены почти до скорости света. Ученые обнаружили первый фотон (частица света) гамма-излучения всего за 31 микросекунду, то есть 31 миллионную долю секунды, до столкновения лидеров молний. Полный вспышка гамма-излучения продолжалась в течение 20 микросекунд после того, как лидеры молнии встретились, чтобы сформировать удар молнии.

Физики впервые запечатлели этот процесс. Новое исследование предлагает новое понимание того, как грозы могут создавать достаточно энергии для создания гамма-излучения. Это свет с самой высокой энергией в электромагнитном спектре.

Ученые говорят, что возможность изучать такие процессы, как земные гамма-вспышки, которые возникают в молниях, позволяет лучше понять высокоэнергетические процессы, происходящие в атмосфере Земли.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform