Космические лучи помогут раскрыть тайну появления молний на Земле
Астрофизик Хейно Фалке (Heino Falcke) из университета Неймегена в Нидерландах и его коллеги измерили интенсивные электрические поля внутри грозовых облаков. Сделали они это с помощью радиообсерваторий, используемых для наблюдений за электромагнитными всплесками, вызванными космическими лучами. Ранее такие поля уже измерялись посредством ракет-зондов и воздушных шаров. Однако техника группы Фалке — лучший инструмент для исследования происхождения молний и тайны их формирования.
Фалке использовал инструмент LOFAR – сеть из радиоантенн и детекторов частиц, расположенных в пяти европейских странах. LOFAR был построен как инструмент многоцелевого изучения радиоволн далёких космических явлений, а также последствий воздействия космических лучей в атмосфере Земли.
Действует система обнаружения по следующему принципу. Когда заряженная частица космических лучей (протон или тяжёлое ядро атома) сталкивается с молекулой воздуха, это вызывает цепную реакцию, в которой миллионы заряженных частиц (в основном электронов) обрушиваются вниз к Земле. Антенны LOFAR обнаруживают радиоволны, которые испускаются этими заряженными частицами во время падения из-за взаимодействия с геомагнитным полем.
С помощью центральной части LOFAR (установки, раскинувшейся в Нидерландах на площади в 6 квадратных километров и содержащей множество антенн) команда Фалке проводила свои измерения во время 762 гроз в период с июня 2011 года по сентябрь 2014-го.
В хорошую погоду исследователи наблюдали "упорядоченные структуры". Радиоволны попадали в детекторы, демонстрируя выровненную поляризацию, что соответствовало теоретическим моделям исследовательской группы. Однако рисунок поляризации менялся, когда появлялись тучи.
Внутри грозового облака генерируются интенсивные электрические поля, несущие отрицательные электрические заряды в нижнем слое, а положительные заряды – в верхнем. Молния является проводящим электричество каналом, который ненадолго открывается в атмосфере и частично восстанавливает баланс электрических зарядов, а также баланс между различными слоями облаков и между облаком и поверхностью Земли.
Однако учёные до сих пор так и не могут понять, что именно и каким образом вызывает разряд молнии. Электрические поля достаточно сильны, но только их недостаточно для преобразования воздуха от состояния электрического изолятора (не проводящего ток) к проводнику.
Некоторые специалисты полагают, что виной тому космические лучи. Вероятно, именно инструменты LOFAR помогут засечь космические лучи, приходящие одновременно с появлением молний.
Научная статья Фалке и коллег, объясняющая как это можно сделать, была опубликована в издании Physical Review Letters.
