Ученые впервые точно объяснили, как возникают молнии в природе
В новой статье профессор Университета штата Пенсильвания Виктор Пасько и его коллеги описали, как они определили, что сильные электрические поля в грозовых облаках ускоряют электроны, которые сталкиваются с молекулами азота и кислорода, производя рентгеновские лучи и инициируя поток дополнительных электронов и высокоэнергетических фотонов — идеальный шторм, из которого рождаются молнии. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres.
«Наши результаты дают первое точное количественное объяснение того, как возникают молнии в природе», — сказал профессор Пасько. «Она связывает точки между рентгеновскими лучами, электрическими полями и физикой электронных лавин».
В своем исследовании профессор Пасько и соавторы использовали математическое моделирование для подтверждения и объяснения полевых наблюдений фотоэлектрических явлений в атмосфере Земли — когда релятивистские электроны энергии, зарождающиеся под воздействием космических лучей, попадающих в атмосферу из космоса, размножаются в грозовых электрических полях и испускают кратковременные высокоэнергетические всплески фотонов.
Это явление, известное как земная гамма-вспышка, представляет собой невидимые естественные вспышки рентгеновского излучения и сопутствующее радиоизлучение.
Исследователи использовали модель для сопоставления полевых наблюдений, собранных другими исследовательскими группами с использованием наземных датчиков, спутников и высотных самолетов-разведчиков, с условиями в моделируемых грозовых облаках.
Модель, известная как фотоэлектрический разряд с обратной связью, имитирует физические условия, в которых наиболее вероятно возникновение молнии.
Уравнения, использованные для создания модели, доступны в статье для других исследователей, чтобы они могли использовать их в своей работе.
Помимо раскрытия механизма возникновения молний, ученые объяснили, почему вспышки земного гамма-излучения часто возникают без вспышек света и радиовсплесков, которые являются привычными признаками молний во время штормовой погоды.