Загадкове явище продукує гамма-промені в атмосфері Землі: ми нічого не знали про нього

Електричні ефекти грози не обмежуються лише високими шарами земної атмосфери. Поблизу землі атмосфера нашої планети гуде інтенсивними електричними полями, що прискорюють частинки й викидають електрони таким чином, що атоми світяться гамма-променями. Раніше вчені не помічали це загадкове метеорологічне явище, пише Science Alert.

У новому дослідженні команда вчених з Вірменії працювала в лабораторії космічних променів Національної наукової лабораторії імені Аліханяна на горі Арагац. Дослідження було проведене під керівництвом фізика Ашота Чилінгаряна і було зосереджене на вивченні посилення наземних гроз, або TGE.

За словами автора дослідження, це електромагнітне посилення раніше не брали до уваги в дослідженнях гроз, проте Чилінгарян вважає, що насправді воно може стати частиною головоломки в розумінні фізичного Всесвіту: від гроз на Землі до космічних людей, що проходять величезні відстані в космосі.

Дані спостережень показують, що щодня на Землі відбувається близько 40 000 гроз. Вчені використовують численні мережі, що виявляють атмосферні розряди, і супутники з точними оптичними приладами, щоб відстежувати спалахи блискавок. І все ж, вони з колегами виявили, що ніхто раніше не відстежував потік мегаелектронвольтних (МеВ) електронів, що бомбардують нашу планету і простір над нею.

За словами Чилінгаряна, 10 років тому вони з командою створили мережу детекторів частинок SEVAN для моніторингу TGE у Східній Європі, Німеччині та Вірменії. Прискорювачі електронів з енергією в десятки МеВ охоплюють величезні обсяги в атмосфері та багато квадратних кілометрів поверхні планети. Фактично, цей величезний потік супроводжує життя на Землі протягом мільярдів років її історії та впливає на всі аспекти геопростору та біосфери.

Зазначимо, що TGE складаються з електричних полів в атмосфері, створюваних грозами. У цих електричних полях електрони прискорюються до високих швидкостей, що наближаються до швидкості світла у вакуумі, або релятивістських швидкостей.

Чилінгарян зазначає, що це явище відоме, як релятивістські лавини електронів, що тікають, які рухаються електричним полем не тільки до землі, а й угору в атмосферу — саме вони й виробляють випромінювання. Коли лавини електронів раптово сповільнюються, відхиляючись при зіткненні з атомним ядром у земній атмосфері, втрата енергії проявляється у вигляді гамма-променів — форми випромінювання, також відомої як гальмівне випромінювання.

У новому дослідженні команда використовувала свою мережу детекторів, щоб зібрати дані про грози по всій Європі за 2023 рік. Загалом їм вдалося виконати докладні вимірювання електронів і гамма-променів, що відбулися під час 56 інтенсивних TGE.

Результати свідчать про те, що найінтенсивніші TGE відбувалися в період з травня до липня, а найпотужніший був зареєстрований на горі Ломницький штит у Словаччині в травні. Автори дослідження помітили, що для цієї події потік частинок був у 100 разів більшим за звичайний рівень ясної погоди. Крім того, команда зазначає, що загалом їм вдалося зафіксувати сім подій, які перевищили потік ясної погоди більш ніж на 75%.

Під час спостережень учені виявили щось цікаве: електричне поле знаходилося набагато ближче до землі, ніж вони очікували. Команда виміряла сильну напруженість електричного поля на висоті до 50 метрів над землею. За словами автора дослідження, це відкриття вразило метеорологів, які сумнівалися в ньому, поки команда не надала переконливі докази.

Автори дослідження стверджують, що сталість прискорення, здатна підтримувати потік частинок протягом кількох хвилин, а також низька висота електричного поля відкривають нові подробиці про структуру атмосферних електричних полів і гроз, про які раніше не було відомо науці.