Загадочное явление производит гамма-лучи в атмосфере Земли: мы ничего не знали о нем

В новом исследовании команда ученых из Армении работала в лаборатории космических лучей Национальной научной лаборатории имени Алиханяна на горе Арагац. Исследование было проведено под руководством физика Ашота Чилингаряна и было сосредоточено на изучении усиления наземных гроз, или TGE.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

По словам автора исследования, это электромагнитное усиление ранее было упущено из виду в исследованиях гроз, однако Чилингарян считает, что в действительности оно может стать частью головоломки в понимании физической Вселенной: от гроз на Земле до космических людей, проходящих огромные расстояния в космосе.

Данные наблюдений показывают, что ежедневно на Земле происходит около 40 000 гроз. Ученые используют многочисленные сети, обнаруживающие атмосферные разряды, и спутники с точными оптическими приборами, чтобы отслеживать вспышки молний. И все же, они с коллегами обнаружили, что никто ранее не отслеживал поток мегаэлектронвольтных (МэВ) электронов, бомбардирующих нашу планету и пространство над ней.

По словам Чилингаряна, 10 лет назад они с командой создали сеть детекторов частиц SEVAN для мониторинга TGE в Восточной Европе, Германии и Армении. Ускорители электронов с энергией в десятки МэВ охватывают огромные объемы в атмосфере и многие квадратные километры поверхности планеты. Фактически, этот огромный поток сопровождает жизнь на Земле в течение миллиардов лет ее истории и влияет на все аспекты геопространства и биосферы.

Отметим, что TGE состоят из электрических полей в атмосфере, создаваемых грозами. В этих электрических полях электроны ускоряются до высоких скоростей, приближающихся к скорости света в вакууме, или релятивистских скоростей.

Чилингарян отмечает, что это явление известно, как релятивистские лавины убегающих электронов, движущихся электрическим полем не только к земле, но и вверх в атмосферу — именно они и производят излучение. Когда лавины электронов внезапно замедляются, отклоняясь при столкновении с атомным ядром в земной атмосфере, потеря энергии проявляется в виде гамма-лучей — формы излучения, также известной как тормозное излучение.

В новом исследовании команда использовала свою сеть детекторов, чтобы собрать данные о грозах по всей Европе за 2023 год. В общей сложности им удалось выполнить подробные измерения электронов и гамма-лучей, произошедшие во время 56 интенсивных TGE.

Результаты свидетельствуют о том, что наиболее интенсивные TGE происходили в период с мая по июль, а самый мощный был зарегистрирован на горе Ломницкий штит в Словакии в мае. Авторы исследования заметили, что для этого события поток частиц был в 100 раз больше обычного уровня ясной погоды. Кроме того, команда отмечает, что в общей сложности им удалось зафиксировать семь событий, которые превысили поток ясной погоды более чем на 75%.

Во время наблюдений ученые обнаружили нечто любопытное: электрическое поле находилось гораздо ближе к земле, чем они ожидали. Команда измерила сильную напряженность электрического поля на высоте до 50 метров над землей. По словам автора исследования, это открытие поразило метеорологов, сомневающихся в нем, пока команда не предоставила убедительные доказательства.

Авторы исследования утверждают, что постоянство ускорения, способное поддерживать поток частиц в течение нескольких минут, а также низкая высота электрического поля открывают новые подробности о структуре атмосферных электрических полей и гроз, о ранее не было известно науке.