Тёмные молнии порождают антиматерию и гамма-излучение в атмосфере Земли

Группа учёных под руководством физика Джозефа Дуайера (Joseph Dwyer) из Флоридского технологического института (США) провела моделирование процессов образования гамма-вспышек в атмосфере Земли — загадочных явлений длительностью 0,2–3,5 мс с энергией до 20 МэВ, часто приводящих к временной недееспособности сенсоров спутников на низкой околоземной орбите.

Вопреки ожиданиям, часть античастиц, регистрируемых на орбите Земли, приходит не от далёких чёрных дыр, а, напротив, снизу, из земной атмосферы. Пока лишь модель Дуайера успешно объясняет это. (Иллюстрация NASA.)

Согласно созданной модели, за это явление ответственны молнии, правда, довольно необычные — дающие очень мало видимого излучения, практически незаметного в облачном слое.

Нормальные молнии характеризуются медленными электронами, несущими электрический заряд либо на землю, либо в другую часть облака. В противоположность этому, тёмные молнии, как их называют исследователи, связаны с высокоскоростными электронами (чуть ли не со световыми скоростями), которые при столкновении с молекулами газов воздуха порождают гамма-лучи. А те генерируют электроны и их противоположность — позитроны, античастицы электрона, уже обнаруженные орбитальными космическими аппаратами НАСА. Позитроны, само собой, сталкиваются с другими молекулами воздуха и образуют ещё больше гамма-лучей. И так далее — до тех пор пока процесс не затухнет.

Итак, перед нами нечто вроде природного ускорителя с положительной обратной связью. Благодаря таким выдающимся параметрам тёмные молнии должны ещё быстрее обычных снижать напряжение внутри той части облака, где возникают, поскольку эффективнее передают электрический заряд. В связи с этим возникают они реже обычных молний — по современным данным, не чаще тысячи (или нескольких тысяч) раз в год.

Насколько сильно порождаемое такими процессами гамма-излучение? Вопрос не праздный, ибо излучение возникает на высотах, облюбованных авиалайнерами. Так, на 12 200 м дозы радиации от тёмных молний сравнимы с 10 рентгеновскими снимками грудной клетки или дозой, которую человек получает на протяжении года от естественного фона и продуктов (бананы и пр.), содержащих небольшие дозы радиоактивных изотопов.

Однако максимума гамма-излучение от тёмных молний способно достигать на высоте 4 900 м, где оно может быть примерно в 10 раз мощнее и равняться дозе, получаемой нами при общей рентгеновской томографии всего организма или же от естественного фона, но за 10 лет жизни. Поскольку большинство полётов гражданской авиации проходят на 9–12 км, за один рейс самолёты в среднем дважды посещают эту наиболее опасную зону.

Тем не менее, согласно расчётам, лишь в редких случаях люди, не догадываясь об этом, могут быть подвержены значительной радиации от тёмных молний, замечает Джозеф Дуайер, уточняя, что дозы, кажется, никогда не достигают действительно опасных значений. То есть радиация от тёмных молний — это не то, чего следует бояться. В то же время пока остаётся неясным, насколько нейтроны, выбитые из авиалайнера таким гамма-излучением, могут быть опасны для бортовой электроники судна.

На ближайшее будущее авторы работы запланировали экспериментальный поиск такого рода явлений в атмосфере.

Отчёт об исследовании представлен 10 апреля 2013 года на заседании Европейского союза наук о Земле в Вене (Австрия).

Подготовлено по материалам LiveScience.