Гамма-излучение в грозовых облаках может быть толчком к рождению молнии
Сразу два исследования, опубликованные в журнале Nature, посвящены гамма-излучению, возникающему во время гроз.
В 1990-х годах спутники NASA, отслеживающие высокоэнергетические частицы из далеких космических источников, обнаружили гамма-лучи, идущие с Земли. Это было неожиданно, поскольку считалось, что, кроме ядерных реакторов, ничто на нашей планете не способно генерировать гамма-лучи. Оказалось, что источником гамма-лучей могут быть грозы.
С тех пор ученые наблюдали в грозах два разных типа гамма-излучения. Свечение гамма-лучей может длиться несколько минут и охватывать область шириной около 20 километров, но есть и вспышки гамма-излучения, которые длятся миллисекунды.
«Как оказалось, практически все крупные грозы генерируют гамма-излучение постоянно и в самых разных формах», — говорит Стивен Каммер, исследователь из Университета Дьюка и соавтор одного из исследований.
Иду на грозу
Чтобы узнать больше о том, что происходит внутри грозы, международная группа исследователей использовала самолет NASA ER-2. Этот научный самолет разработан на основе американского самолета-шпиона U-2. Он может летать более чем в два раза выше, чем коммерческий авиалайнер, и подниматься выше многих грозовых облаков.
В течение месяца в 2023 году NASA ER-2 во Флориде летал на высоте 20 километров над активными грозами и регистрировал гамма-излучение.
Наблюдения показали, что грозы почти непрерывно генерируют гамма-излучение длительностью до нескольких часов на площади в тысячи квадратных километров. Все эти области тесно связаны с наиболее интенсивными областями грозы.
По словам соавтора первого исследования Мартино Марисальди из норвежского Университета Бергена, буря напоминают «огромный "кипящий котел", светящийся гамма-излучением, как по форме, так и по поведению». Второе исследование показало, что свечения могут усиливаться, превращаясь в «мерцающие» гамма-вспышки.
Эти наблюдения показывают, что два типа гамма-излучения связаны, и продолжительное гамма-свечение может превращаться в интенсивные импульсы. Молнии часто следуют за этими интенсивными импульсами гамма-лучей. Это позволяет предположить, что они могут играть определенную роль в возникновении молний.
Для того, чтобы началось зарождение молнии необходимо, чтобы в атмосфере появилось сразу большое количество ионизированных атомов. Гамма-излучение может ионизировать целые большие области, в которых начинается зарождение молнии.
«Как молнии возникают в грозах — одна из величайших загадок науки об атмосфере», — говорит Дуайер. — «Удивительно, что более чем через два десятилетия после начала XXI века атмосфера Земли преподносит новые сюрпризы».