Гамма-вспышки во время гроз
Во время гроз происходят высокоэнергетические процессы, которые сопровождаются гамма-излучением. Учёные выяснили, что это явление гораздо более распространено и разнообразно, чем считалось ранее.
В 1994 году на спутнике NASA «Обсерватория Комптон» случайно зарегистрировали вспышку гамма-излучения с Земли. В дальнейшем учёные подтвердили существование земных гамма-вспышек высокой интенсивности (terrestrial gamma-ray flashes) и менее интенсивных и более продолжительных свечений гамма-лучей (gamma-ray glows). Однако характеристика и механизм зарождения этих явлений не вполне ясны.
Учёные из ЕС и США проанализировали данные летающей авиалаборатории за 2023 год, регистрировавшей гамма-лучи во время океанских и сухопутных гроз в Карибском бассейне и над Центральной Америкой. Их исследование в виде двух статей вышло в журнале Nature. Выяснилось, что все такие крупные события генерируют гамма-лучи весь день во многих различных формах.
Механизм образования гамма-излучения во время грозы
Механизм образования гамма-излучения во время грозы известен: сначала внутри взвеси воды, града, льда, образующих тучу, возникает электростатический заряд. Возникает сильнейшее электрическое поле, которое ускоряет оказавшиеся там электроны. Сталкиваясь случайно с молекулами воздуха, они выбивают из них высокоэнергетические электроны. А те выбивают ещё и ещё. Процесс принимает лавинообразный характер, порождая массу вторичных частиц, включая гамма-кванты.
Для исследования учёные воспользовались лабораторией NASA ER-2, переоборудованной из самолёта-шпиона времён холодной войны U2. Исследователи совершили на ней 10 полётов в течение месяца над тропическими областями Флориды.
В первой статье Николай Остгаард из Бергенского университета (Норвегия) с коллегами описал новый тип вспышек-гамма излучения — мерцающий. Они состоят из импульсов продолжительностью примерно 250 миллисекунд, тогда как земные гамма-вспышки длятся в два раза меньше. Всего исследователи зарегистрировали 24 мерцающих события во время пяти полётов выше грозы. Из них 17 сопровождались молниями. Авторы предположили, что мерцающая гамма-вспышка начинается как свечение, которое затем внезапно наращивает интенсивность и превращается в серию импульсов. Не исключено, что мерцающие гамма-вспышки служат спусковым крючком для некоторых молниевых разрядов. По мнению учёных, мерцание — это промежуточное звено между гамма-свечением и земной гамма-вспышкой.
Во второй работе учёные во главе с Мартино Марисалди, тоже из Бергенского университета, исследовали свойства гамма-свечения, которое характеризуется меньшей интенсивностью. Они зарегистрировали события во время шторма, охватившего площадь в 9000 квадратных километров и длившегося три часа. Всего во время девяти из 10 полётов зарегистрировал более чем 500 гамма-свечений длительностью от одной до 10 секунд каждое. Это идёт вразрез с предыдущими работами, фиксировавшими равномерно распространяющиеся, более длительные вспышки — на десятки, сотни секунд.
