Пілотів захистять від темних блискавок

Таємничі спалахи гамма-випромінювання, які час від часу виникають у верхніх шарах земної атмосфери, вже давно не дають спокою вченим - досі незрозуміло, що саме їх породжує. Нещодавно група американських фізиків прийшла до висновку, що в цьому винні темні блискавки - розряди, що виникають всередині хмар з потоків надшвидких електронів.

Нагадаю, що гамма-спалахами в верхніх шарах атмосфери землі називають процес виникнення джерел гамма-випромінювання (що переноситься досить швидкими фотонами), при якому випускаються кванти з енергією до 20 МеВ (що значно вище, ніж при випромінюванні, що виникає в ядерному реакторі). Коли в 1994 році штучні супутники виявили в верхніх шарах атмосфери Землі це цікаве явище, вчені відразу ж почали шукати пояснення цьому феномену. Однак до сих пір не зовсім зрозуміло, що ж все-таки є причиною подібних спалахів.

Однією з найпоширеніших версій, що пояснюють виникнення гамма-спалахів є гіпотеза космічних променів. Як ми знаємо, ці промені є потоки протонів, ядер атомів гелію і інших високоенергетичних часток, які влітають в земну атмосферу з величезною швидкістю. Опинившись в межах повітряної оболонки нашої планети, ці частинки вдаряються об літаючі там атоми і молекули, тим самим породжуючи безліч так званих вторинних частинок. Вони ж, потрапляючи в сильне електричне поле (створюване, наприклад, блискавками), гальмуються і скидають свою енергію у вигляді гамма-променів.

Слід зауважити, що це пояснення цілком логічно і практично бездоганно крім одного "але": - гамма-спалахи виникають на висоті від 12 км і вище, в той час як більшість блискавок народжується на відстані 10-ти кілометрів від поверхні нашої планети. Звичайно, бувають розряди, "прошивати" нашу атмосферу і на всі 25 кілометрів, проте вони трапляються вкрай рідко - на порядок рідше, ніж супутники фіксують появу гамма-спалахів. Крім того, є ще один цікавий момент - ці спалахи виникають не під час кожної грози, зазвичай їх спостерігають десь тисячу разів за рік (хоча кількість гроз за цей же час обчислюється десятками тисяч).

Читайте також: Гроза може створювати антисвіти

Отже, гамма-спалаху якимось чином пов'язані з блискавками, але, швидше за все, зовсім не з тими, якими ми милуємося під час грози. Але що ж це тоді за блискавки? Група вчених під керівництвом фізика Джозефа Дуайера із Флоридського технологічного інституту (США) вважають, що причиною виникнення цих спалахів можуть бути, так звані, темні блискавки, які як раз утворюються в атмосфері на висоті від 12 км і вище.

Слід зауважити, що темні блискавки (названі так тому, що їх практично не видно, під час їх формування майже немає світіння, характерного для звичайної блискавки) є виключно Внутрішньохмарні розрядами - тобто до поверхні Землі вони не "дострілюють". Утворюються вони завдяки дуже швидким електронам, які несуться зі швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі - 250 000 км в секунду (при виникненні звичайної блискавки електрони теж не засинають, однак їх швидкість не перевищує значення 1000 км в секунду).

І ось, ці високошвидкісні електрони, пролітаючи по хмарі, звичайно ж стикаються з молекулами газів повітря, породжуючи при цьому гамма-промені і потік вторинних високошвидкісних електронів. Цікаво, що при цьому на короткий час народжуються і античастинки електронів - позитрони, виникнення яких при гамма-спалахи зафіксували ще два роки тому орбітальні космічні апарати НАСА.

Ну, а позитрони також стикаються з іншими молекулами повітря і це також породжує гамма-випромінювання. В результаті процес продовжує рости як снігова куля, що котиться з гори до тих пір, поки позитрони не зникнуть, а найшвидші електрони не втратять свою високу енергію.

Виходить, що темні блискавки представляють собою свого роду природний прискорювач частинок, що діє високо над поверхнею Землі. Група професора Дуайера побудувала модель ініційованого ними процесу і з'ясувала, що все відбувається приблизно так, як і припускали фізики. Крім того, було встановлено, що темні блискавки можуть набагато швидше звичайних знижувати напругу всередині тієї частини хмари, де виникають, оскільки ефективніше передають електричний заряд. Тому-то і виникають вони досить рідко - за даними, отриманими із супутників, не частіше тисячі разів на рік (як і гамма-спалаху).

Наскільки ж небезпечне радіоактивне випромінювання цих коротких гамма-спалахів для людини? Питання це зовсім не пусте, оскільки на висоті від 10 до 12 км проходять польоти літаків цивільної авіації. За розрахунками групи доктора Дуайера, за один рейс літаки в середньому двічі відвідують ту ж саму небезпечну зону. Так ось, турбуватися особливо не слід - максимальна потужність ініційованого темними блискавками гамма-випромінювання на такій висоті аналогічна тій кількості радіації, яку людина отримує при 10 сеансах рентгена грудної клітини. Це абсолютно безпечно для здоров'я і життя людей.

Читайте також: Відкрито джерело блискавок Зевса

У той же час вчені стверджують, що гамма-спалахи можуть бути згубними для техніки. Вже були відомі випадки, коли вони пошкоджували сенсори супутників. Відбувається це тому, що вибиті ними нейрони з матеріалу обшивки повітряних апаратів, набуваючи високу енергію, на повному ходу врізаються в зовнішні прилади (наприклад, в антени) і виводять їх з ладу.

Виходячи з цього група професора Дуайера збирається найближчим часом зайнятися картированием тих ділянок атмосфери, де найчастіше утворюються темні блискавки. Після того, як робота буде завершена, цими картами снабжат пілотів цивільної та військової авіації, що дасть можливість пілотам або уникати небезпечних ділянок, або вжити відповідних заходів ще до входження в нього ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"