Электрическая природа молний уже давно известна. Тем не менее, ученые долго не могли разобраться в механизме их возникновения на уровне атомов и элементарных частиц. Новое исследование освещает природу небесных разрядов.
Хотя в целом ученые поняли, как формируются молнии, детали этого мощного атмосферного явления оставались загадкой. Эта загадка, возможно, теперь раскрыта благодаря группе исследователей из Школы электротехники и компьютерных наук Университета штата Пенсильвания, которые выявили мощную цепную реакцию, способствующую образованию молний. В исследовании также участвовали специалисты NASA и исследователи из Дании, Франции и Чехии.
В исследовании, опубликованном 28 июля в журнале Geophysical Research, авторы рассказали, как им удалось установить, что сильные электрические поля в грозовых облаках ускоряют электроны, которые сталкиваются с молекулами азота и кислорода. Эти столкновения порождают рентгеновские лучи и запускают поток дополнительных электронов и высокоэнергетических фотонов. По словам ученых, это и есть «идеальный шторм», из которого возникают молнии.
Полученные результаты предоставляют первое точное количественное объяснение процесса образования молний в природе на уровне элементарных частиц, связывая рентгеновское излучение, электрические поля и физику электронных лавин.
Исследовательская группа применила математическое моделирование для подтверждения и объяснения наблюдений фотоэлектрических явлений в атмосфере Земли. Релятивистские электроны, возникающие под воздействием космических лучей, «размножаются» в грозовых электрических полях и испускают короткие высокоэнергетические фотонные вспышки. Это явление, известное как «земная гамма-вспышка», включает в себя невидимые естественные вспышки рентгеновского излучения и сопутствующее радиоизлучение.
Ученые сопоставили полевые наблюдения, собранные другими исследовательскими группами с использованием наземных датчиков, спутников и высотных самолетов-разведчиков, с условиями в моделируемых грозовых облаках.
Мы объяснили, как происходят фотоэлектрические явления, какие условия должны быть в грозовых облаках, чтобы инициировать каскад электронов, и что является причиной широкого спектра радиосигналов, которые мы наблюдаем в облаках еще до удара молнии. Чтобы подтвердить наше объяснение возникновения молнии, я сравнил наши результаты с предыдущим моделированием, наблюдениями и моей собственной работой по типу молний, называемых компактными межоблачными разрядами, которые обычно возникают в небольших локализованных областях в грозовых облаках.
Фото: hi-tech.mail.ru