Что общего у вспышек грома и далёких галактик: новое объяснение природы молний

Оказывается, в каждом раскате грома может звучать отголосок далёкой галактики. Новое исследование учёных из США утверждает: грозовые молнии — результат цепной реакции, запущенной субатомными частицами, которые приходят к нам из космоса.

Тайна, ускользавшая от науки веками

Несмотря на то что природа молнии известна человечеству с XVIII века — благодаря опыту Бенджамина Франклина — до сих пор оставалось неясным, как в недрах грозового облака формируется электрическое поле, достаточное для возникновения мощного разряда. Эксперименты с метеозондами и воздушными шарами показали, что внутри облаков оно на порядок слабее, чем требуется для образования молнии.

Две теории пытались объяснить это явление: одна — о трении ледяных частиц, вызывающем накапливание заряда, вторая — о влиянии высокоэнергетических космических лучей. Новая работа даёт убедительные доказательства в пользу второй гипотезы.

Когда космос ударяет по Земле

Исследование, опубликованное 28 июля в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres, показало: удары молний провоцируются лавиной электронов, запускаемой космическими лучами. Эти лучи — потоки субатомных частиц, в основном протонов, — приходят к нам от Солнца, сверхновых, пульсаров и даже от неизвестных источников.

Когда космические частицы проникают в атмосферу, они сталкиваются с молекулами азота и кислорода, выбивая электроны. Те, в свою очередь, ускоряются по линиям электрического поля, создавая целый каскад столкновений — лавину, генерирующую высокоэнергетические фотоны. Именно эти фотоны и запускают грозовой разряд.

"Наши результаты дают первое точное количественное объяснение того, как возникают молнии в природе", — заявил профессор электротехники Виктор Пасько из Университета штата Пенсильвания.

По его словам, это позволяет установить связь между рентгеновским излучением, электрическими полями и физикой электронных лавин.

Свет без вспышки

Один из самых поразительных выводов — это объяснение феномена вспышек гамма- и рентгеновского излучения, фиксируемых перед ударом молнии. Эти всплески долго оставались загадкой, ведь часто происходят в визуально тёмных и радиомолчаливых участках облаков.

"В нашем моделировании высокоэнергетическое рентгеновское излучение, создаваемое релятивистскими электронными лавинами, генерирует новые затравочные электроны, возбуждаемые фотоэффектом в воздухе, что быстро усиливает эти лавины", — пояснил Пасько.

По его словам, цепная реакция развивается в очень компактных зонах и может происходить с разной интенсивностью, не всегда сопровождаясь яркой вспышкой или громом.

Из эксперимента Франклина — в цифровую модель XXI века

История молнии как научной загадки началась с воздушного змея, намокшей верёвки и искры, перескочившей с ключа на палец. Франклин был первым, кто доказал электрическую природу молнии. Но чтобы по-настоящему понять, откуда берётся этот заряд, понадобились десятилетия, высокоточные сенсоры, спутники и суперкомпьютеры.

Сегодня, объединив данные с наземных датчиков, спутников и исследовательских самолётов, учёные смогли смоделировать реальную физику облаков перед ударом молнии. И теперь ясно: молния — это не просто явление в пределах атмосферы, а результат космической драмы, разворачивающейся над нашими головами.