Энергия, необходимая для грозы, возможно, берётся из лавины электронов, порождённых космическими лучами, утверждается в новом исследовании.
Учёные уже давно знают, что молния — это электрический разряд между грозовыми облаками и поверхностью Земли, но то, как именно грозовые облака порождают достаточно мощное для этого электрическое поле, оставалось загадкой на протяжении веков.
Теперь новое исследование с помощью компьютерных моделей показало, что молния возникает в результате мощной цепной реакции, которая начинается в космическом пространстве.
«Наши результаты дают первое точное количественное объяснение того, как в природе возникают молнии», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Виктора Паско, профессора электротехники в Школе электротехники и компьютерных наук штата Пенсильвания. «Мы установили связь между рентгеновскими лучами, электрическими полями и физикой электронных лавин».
Электрическая природа молнии была подтверждена Бенджамином Франклином в 1752 году. При этом данные, записанные самолётами и метеорологическими шарами, показывают, что электрическое поле, необходимое для того, чтобы каскад электронов дошёл до поверхности Земли, примерно в 10 раз больше, чем то, которое реально появляется (согласно измерениям) внутри грозовых облаков.
Существует две конкурирующие теории, объясняющие, как на самом деле возникают молнии. Первая — атмосферное статическое электричество — утверждает, что трение между льдинками в грозовых облаках отделяет отрицательно заряженные электроны от атомов. Они накапливаются до тех пор, пока не ионизируют частицы в атмосфере под ними, в результате чего освобождается достаточно электронов для молнии.
Согласно второй теории, эта начальная ионизация достигается космическими лучами — высокоэнергетическими субатомными частицами (в основном протонами) из космоса, которые ударяют в верхние слои атмосферы. Эти лучи исходят от Солнца, звёздных взрывов, называемых сверхновыми, быстро вращающихся нейтронных звёзд, называемых пульсарами, и других, не всегда известных нам источников. Когда космические частицы попадают в атмосферу, они вызывают цепную реакцию, которая заканчивается электрическим пробоем на земле.
В новом исследовании учёные собрали данные с наземных датчиков, спутников и высотных самолётов и сопоставили их с математической моделью, которая имитировала условия в грозовом облаке, предшествующие удару.
Результаты моделирования подтвердили теорию космических лучей, показав, что электроны, созданные высокоскоростными протонами, ускоряются вдоль линий электрического поля и размножаются, ударяясь о молекулы азота и кислорода в атмосфере. Это приводит к появлению лавин электронов, создающей высокоэнергетические фотоны, которые инициируют молнию, говорят исследователи.
Источник: habr.com