Художественное изображение гамма-излучения, наблюдаемого во время исследования. Гамма-лучи выделены фиолетовым цветом для наглядности НАСА / миссия ALOFT

Спустя 272 года после того июньского дня, когда Бенджамин Франклин запустил воздушного змея во время грозы, учёные всё ещё не до конца понимают, как возникает молния.

“Я думаю, все предполагают, что мы выяснили природу молнии давным-давно”, - говорит Джеймсу Риордону из НАСА Джозеф Дуайер, физик из Университета Нью-Гэмпшира. “Но это не просматриваемая область ... Мы не понимаем, что происходит внутри этих облаков прямо над нашими головами”.

Отчасти загадка заключается в том, что электрические поля, наблюдаемые в грозовых облаках, намного слабее тех, что необходимы для возникновения искры, сообщает Newsweek’ Том Ховарт. В прошлом году исследователи запустили модернизированную версию воздушного змея Франклина — переоборудованный самолёт-разведчик U-2 времён холодной войны — в грозовые облака в надежде наконец-то разгадать тайну молний. В двух исследованиях, опубликованных на этой неделе в журнале Nature, учёные описывают новые формы энергии, которые могут помочь найти ответ.

Чувствительные приборы на борту самолёта зафиксировали сотни событий, сопровождавшихся гамма-излучением, во время штормов над Карибским морем и Центральной Америкой. Гамма-излучение имеет более высокую энергию, чем рентгеновское излучение, и возникает в экстремальных космических условиях, например вокруг чёрных дыр.

Ранее учёные обнаружили два типа гамма-излучения во время гроз. Один тип, называемый гамма-свечением, представляет собой тусклое, продолжительное явление, которое может длиться несколько секунд или даже минут. Другой тип — это земные гамма-всплески, или ЗГВ, которые достаточно яркие, чтобы их можно было увидеть из космоса, и очень кратковременные — длятся менее миллисекунды.

Оба типа явлений наблюдались крайне редко, как рассказал Мартино Марисальди, соавтор новых исследований и специалист по физике атмосферы высоких энергий из Бергенского университета в Норвегии, изданию Nature News Элизабет Гибни. Но с помощью самолёта-разведчика и специализированных детекторов «мы увидели, что над этими тропическими штормами они действительно происходят очень часто», — добавляет он.

На самом деле исследователи наблюдали гамма-излучение в девяти из десяти полётов самолёта и сообщают, что эти явления длились гораздо дольше, чем ожидалось, — несколько часов — и охватывали тысячи квадратных километров. По мере распространения по небу излучение то усиливалось, то ослабевало, создавая динамические радиационные эффекты.

«Бушуют сильные штормы. Это похоже на кипящий котёл», — Николай Остгаард, физик из Бергенского университета, говорит Science News’ Эмили Коновер.

Удар молнии во время грозы недалеко от Прицербе, Германия. Матиас Крумбхольц, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Неожиданно для себя команда также обнаружила ранее не встречавшийся тип гамма-излучения, который они назвали мерцающими гамма-вспышками. Эти новые явления возникали во время свечений и длились до 250 миллисекунд. Мерцающие вспышки могут быть недостающим звеном между свечением и TGF, и они могут играть важную роль в формировании молний.

Ученые считают, что гамма-излучение возникает во время грозы, когда электроны ускоряются в сильных электрических полях в облаках. Электроны сталкиваются с другими частицами и в результате каскадного процесса создают новые электроны. Если электроны из этого каскада сталкиваются с молекулой воздуха, возникает гамма-излучение. Но исследователи все еще пытаются выяснить, почему возникают различные типы гамма-излучения и как они связаны друг с другом, а также как они связаны с молнией.

Недавно обнаруженные мерцающие гамма-всплески дают ключ к разгадке. Помимо того, что мерцающие вспышки заполняют пробел между короткими гамма-всплесками и длительным свечением, за ними, как правило, следуют молнии.

Результаты этих новых исследований побудят других учёных продолжить поиск ответов в больших грозовых облаках, говорит Теруаки Эното, астрофизик из лаборатории RIKEN Hakubi в Японии, который не принимал участия в работе, в интервью Nature News. «Браво команде», — добавляет он.

Благодаря новым наблюдениям за этими загадочными электрическими и гамма-событиями учёные надеются приблизиться к пониманию того, почему возникают молнии.

«Каждую секунду на Земле происходит 45 ударов молнии, и в любой момент времени на планете бушует более 2000 гроз, — рассказывает Марисальди Newsweek. — Я думаю, важно понимать, что там происходит, а не просто пассивно наблюдать».