Грозы оказались ускорителями электронов

Японские ученые представили доказательства того, что грозы работают гигантскими ускорителями элементарных частиц. Статья исследователей появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение доступно на сайте Physical Review Focus.

В рамках исследования ученые разместили специальные датчики на высоте 2770 метров над уровнем моря на территории обсерватории Нокинура. Грозы в этом регионе являются достаточно частым явлением.

В результате 20 сентября 2008 года ученым удалось зарегистрировать гамма-излучение грозы, энергия некоторых фотонов которого достигала 20 мегаэлектронвольт. Вспышка излучения продолжалась примерно 90 секунд, а ее источник располагался на высоте примерно 90 метров над детекторами. Подобная близость позволила исследователям изучить вспышку в деталях. В частности, ученые установили, что облако, которое испускало гамма-лучи, было не более 200 метров длиной.

По словам исследователей, новые результаты хорошо согласуются с существующей теорией формирования подобного излучения. Считается, что внутри облаков электроны ускоряются лавинообразно: разогнанные частицы создают электромагнитное поле, которое, в свою очередь "выбивает" электроны из молекул газов, составляющих воздух (при этом процессе и выделяются гамма-лучи). Предполагается, что в качестве первых быстрых электронов выступают высокоэнергетические частицы, пришедшие из космоса.

До настоящего времени исследователи считали, что подобным образом можно объяснить только короткие (от нескольких миллисекунд до нескольких секунд) гамма-вспышки. Новые результаты, однако, указывают, что и длинные вспышки укладываются в предложенную теорию. Многие физики полагают, что дальнейшие наблюдения позволят связать быстрые электроны с появлением молний. В настоящее время связь между гамма-вспышками и молниями не совсем ясна. Например, наблюдавшаяся вспышка не сопровождалась разрядом.

Напомним, что недавно российские исследователи из Физического института РАН имени Лебедева высказали предположение, что ответственность за молнии также несут быстрые электроны. Их теория, в частности, позволяет объяснить необычно слабые электрические поля, наблюдаемые в грозовых облаках. Для объяснения молний исследователи используют понятие так называемого пробоя на убегающих электронах (ПУЭ).