Ми досі не повністю розуміємо, що саме запускає блискавки. Нове дослідження припускає, що проливні потоки космічних променів можуть бути відсутньою ланкою в цьому процесі.
Блискавки – це звичне, але досі загадкове явище. Щодня на Землі відбувається близько 3 мільйонів ударів блискавок, за даними Британського метеорологічного управління (Met Office). Попри їхню поширеність, механізм виникнення блискавки залишається до кінця не з’ясованим. Однак дослідження вчених із Лос-Аламоської національної лабораторії (США) припускає, що один із чинників, який може запускати блискавки, має позаземне походження.
“Початкова теорія утворення блискавки була запропонована ще у 1960–1970-х роках, – пояснює Сюань-Мін Шао, науковець Лос-Аламоської лабораторії та головний автор нового дослідження, опублікованого 3 березня в журналі JGR Atmospheres. – Вона припускала, що електрони іонізують повітря і запускають так званий термічний пробій. Але для цього процесу потрібне дуже сильне електричне поле в хмарі, яке ніколи не спостерігалося”.
Найсильніше електричне поле, коли-небудь зафіксоване в грозових хмарах, виявилося вдесятеро слабшим за те, що, згідно з цією теорією, мало б викликати блискавку. Щоб розв’язати цю давню загадку, Шао та його колеги використали масив радіоантен для запису точного розвитку розрядів блискавки в просторі й часі з безпрецедентною точністю. Антени, розташовані на відстані 11,5 км одна від одної, дозволили створити тривимірну картину руху кожного блискавичного розряду.
Спостереження проводили під час грози 30 липня 2022 року, яка спричинила понад 300 спалахів блискавок. Дослідники вимірювали не лише формування та траєкторію ударів, а й напрямок поляризації електричного струму в розряді.
Читайте також: Блискавки, що вдаряють вгору у космос, руйнують озоновий шар – дослідження
“Ми порівняли напрямок поширення сигналу блискавки на кілька сотень метрів із напрямком поляризації іскри, – каже Шао. – І виявили, що вони не збігаються. Це означає, що в перші десятки мікросекунд розряд блискавки не керується електричним полем у хмарі. Він має бути зумовлений чимось іншим”.
Цим “іншим”, на думку Шао, можуть бути потоки космічних променів. Космічні промені – це високоенергетичні частинки, що мчать крізь Всесвіт майже зі швидкістю світла. Вони можуть походити від далеких наднових, чорних дір або навіть від Сонця. Коли вони стикаються з молекулами повітря в атмосфері, виникають каскади вторинних частинок: піонів, мюонів, високоенергетичних електронів і позитронів (антиматерійних аналогів електронів).
“Позитрон – це антиматерійний аналог електрона, – пояснює Шао. – Він має такий самий масив, як електрон, але заряд протилежний – позитивний”.
Присутність позитронів у потоках космічних променів може пояснити розбіжність між напрямком розрядів блискавки та електричним струмом у розряді, який спостерігали вчені з Лос-Аламоса.
Дослідники вже не вперше шукають зв’язок між блискавками та космічними променями. Проте нові спостереження унікальні, оскільки не узгоджуються з жодною з попередніх теорій, зазначає Шао.
Попри захопливі результати, дослідники визнають, що попереду ще багато роботи. Космічні промені постійно впливають на Землю, але їхні ефекти важко зафіксувати.
“Ми хотіли б мати безпосередні одночасні спостереження і блискавки, і потоків космічних променів, – каже Шао. – Але це дуже складно, оскільки детектори частинок, які можуть зафіксувати ці потоки на поверхні Землі, уловлюють їх лише з певних напрямків. З нинішніми системами ми можемо виявити лише приблизно один випадок із тисячі”.
Наразі команда планує розширити дослідження на більшу кількість гроз і блискавичних розрядів, а також перевірити можливий зв’язок між частотою ударів блискавки та фазою сонячного циклу. Відомо, що під час максимуму 11-річного сонячного циклу магнітне поле Сонця посилюється, що може зменшувати потік космічних променів, які досягають Землі. Теоретично це повинно знижувати ймовірність виникнення блискавок, але наявні дані поки що не дають чіткої відповіді.
“Це складна проблема, адже частота блискавок залежить від багатьох факторів, – каже Шао. – Нам потрібно зібрати глобальні дані про блискавки, але водночас треба виключити інші можливі впливи”.
Це дослідження може кардинально змінити наше розуміння електричних явищ в атмосфері Землі. Якщо космічні промені дійсно відіграють роль у запуску блискавки, це відкриває нові можливості для прогнозування гроз та вивчення фундаментальних взаємодій між Землею та космосом.
