Японские ученые, устанавливающие специальные датчики для изучения связи между ударами молний и высокоэнергетическими гамма-всплесками, стали свидетелями «поразительного» события: электроны разогнались почти до скорости света.
Хотя предыдущие исследования отмечали наличие высокоэнергетических гамма-всплесков во время гроз, так называемых земных гамма-вспышек (TGF), эти неожиданные явления обычно связаны с чрезвычайно высокоэнергетическими космическими событиями, такими как взрывы сверхновых или черные дыры. Ученые из Университета Осаки утверждают, что их исследование впервые объясняет, как ускорение электронов приводит к TGF.
«Проведенные здесь многосенсорные наблюдения являются мировым прорывом», — сказал Харуфуми Цутия, старший автор исследования. «Хотя некоторые загадки остаются, этот подход приближает нас к пониманию механизмов этих удивительных всплесков радиации».
Гамма-всплески, слишком мощные для молний?
Молния играет важную роль в научной фантастике: от превращений супергероев до путешествий во времени в наполненном молниями автомобиле DeLorean («Назад в будущее»). В реальном мире энергии, выделяемой этими природными явлениями, достаточно, чтобы вызвать пожары, повредить трансформаторы и даже убить людей. Однако ученым трудно объяснить, как относительно слабые удары молнии могут вызывать мощные гамма-всплески, обычно связанные с астрономическими событиями.
«Было высказано предположение, что TGF вызывается ударами молнии, которые разгоняют электроны до очень высоких скоростей», — объясняют исследователи. «Однако кратковременность этого явления, длящаяся всего несколько десятков микросекунд, затрудняет подтверждение этой гипотезы».
Чтобы разгадать эту загадку и зарегистрировать эти всплески с беспрецедентной детализацией, Цутия и ведущий автор исследования Юки Вада установили систему из трех датчиков на радиовышке в Каназаве, префектура Исикава. Ученые надеются, что, направив датчики на башню, при ударе молнии датчики смогут регистрировать оптические, радиочастотные и высокоэнергетические данные до, во время и после события.
Ускорение электронов почти до скорости света
Согласно опубликованному исследованию, команда успешно зарегистрировала несколько TGF во время гроз.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Проанализировав данные, они обнаружили ряд событий, которые, по их мнению, могут привести к всплеску гамма-излучения высокой энергии.Незадолго до удара молнии радиочастотные датчики зафиксировали «нисходящий отрицательный лидер» (разряд), движущийся от облака к башне. В это же время оптические датчики (камеры) зафиксировали «восходящий положительный лидер», движущийся от вершины башни в сторону облаков. Непосредственно перед столкновением датчики высокоэнергетического излучения зафиксировали характерный сигнал TGF.
Ученые пояснили: «Первый гамма-фотон TGF был зарегистрирован за 31 микросекунду до столкновения разрядов, а сам всплеск длился 20 микросекунд после их слияния в молнию.
Убедившись, что последовательность повторяется в каждом TGF, команда более подробно изучила анализ данных. Исследования одного из таких событий показали, что за 31 микросекунду до встречи восходящего и падающего лидеров между ними образовалось концентрированное электрическое поле. Электроны, захваченные этим полем, разгоняются почти до скорости света, генерируя достаточно энергии для возникновения гамма-всплеска. Хотя выброс энергии велик, он кратковременный и прекращается через 20 микросекунд после слияния лидеров в молнию.
«Наши результаты показывают, что большое количество электронов ускоряется до релятивистских энергий в сильном и компактном электрическом поле между двумя лидерными частицами», — пишут авторы исследования.
Повышение безопасности уязвимых сооружений
Ученые отмечают, что их работа предоставляет важные данные для раскрытия механизма, посредством которого молния производит TGF. Исследование также подтверждает предыдущие теории о динамике лидера молнии и роли теплового разгона и релятивистской обратной связи в этих энергетических всплесках.
«Возможность изучать экстремальные процессы, такие как TGF, происходящие в молнии, позволяет нам лучше понимать высокоэнергетические явления в атмосфере Земли», — пояснил Вада.
С практической точки зрения понимание взаимосвязи между TGF может помочь повысить «безопасность и устойчивость» зданий и других сооружений, подверженных воздействию высокоэнергетических атмосферных явлений. Это особенно важно, поскольку рост глобальной температуры приводит к увеличению числа экстремальных погодных явлений.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ru Читайте все последние новости природы на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Недавнее открытие канадскими палеонтологами новой окаменелости Mosura fentoni погрузило нас в самую гущу тайн кембрийской морской фауны — времени, когда жизнь на Земле развивалась ошеломляющими темпами
- В Египте хотят восстановить самую большую из известных древнеегипетских отдельно стоящих статуй – гранитного колосса Рамсеса II