Предсказать место удара молнии поможет гамма-излучение грозового облака

Японские физики выяснили новые факты о процессах, которые происходят в грозовых облаках и сопровождаются гамма-излучением и даже ядерными реакциями. Наблюдения ученых не только приближают нас к разгадке грозовых феноменов, но и могут повысить точность прогнозирования молний.

Во время грозы в облаках возникает электромагнитное излучение с очень высокой энергией — в рентгеновском и даже гамма-диапазонах. Ученые считают, что его природа связана с движением электронов в очень сильных электрических полях, но пока они не смогли полностью объяснить это явление. Известно лишь то, что такое излучение возникает в двух случаях: это может быть яркая вспышка, которая появляется в момент удара молнии, а может быть сравнительно слабое свечение, которое прекращается при возникновении разряда. Оба эти феномена активно изучают различными методами, включая спутниковые наблюдения. Например, российский спутник «Михайло Ломоносов» был призван в том числе зафиксировать высокоэнергетические грозовые феномены. 

Физики из Японии пошли иным путем, решив изучить феномен снизу. Они описали результаты наблюдений за небом во время грозы 9 января 2018 года в городе Канадзава при помощи сразу 23 переносных детекторов гамма-излучения, радиоприемников и метеорадара. Ученые выяснили, что гамма-лучи начинают испускаться более чем за минуту до удара молнии, причем их источник в облаке движется в том направлении, куда дует ветер. Как отмечают исследователи, Канадзава оказался на редкость удобной площадкой для изучения молний и грозовых туч: в зимние месяцы облака там спускаются на небольшую высоту (всего сотни метров) и для наблюдения за ними не нужны дорогие и рискованные полеты на специально оборудованном самолете-лаборатории.

Результаты наблюдений говорят о том, что высокоэнергетический процесс внутри облака как-то связан с накоплением электрического заряда и возникновением молний. Возможно, он даже непосредственно причастен к появлению грозового разряда, но то, как именно это происходит, пока неясно. На сегодня новые результаты вкупе с ранее собранной информацией говорят о том, что можно более точно прогнозировать место удара молнии, и о том, что грозы могут вносить больший, по сравнению с ранее сформированными представлениями, вклад в появление экзотических изотопов.

Используя достаточно плотную сеть гамма-детекторов, физики рассчитывают засечь предшествующее молнии излучение за несколько минут до удара. Предварительные оценки говорят, что это можно сделать даже за десять минут до него, а этого достаточно не только для защиты электроустановок, но и для эвакуации людей из потенциально опасных мест. 

Читайте также: Что происходит с самолетом при попадании в него молнии

Гамма-излучение может инициировать ядерные реакции и, к примеру, выбивать один из нейтронов из ядра атома азота. Такая реакция превращает азот-14, самый распространенный изотоп этого элемента, в более редкий азот-13. Выбитый нейтрон, в свою очередь, может поглощаться другим атомом азота-14, и тогда появляется азот-15.  Аналогичные реакции могут происходить также и с углеродом или кремнием. Авторы предполагают, что интенсивные грозы могут сдвигать баланс между изотопами распространенных элементов и тем самым искажать результаты радиоизотопной датировки различных объектов, ведь радиоизотопный метод исходит из того, что нам всегда известно начальное соотношение между изотопами.