Молния создает послесвечение гамма-излучения

Молнии способны производить рентгеновские и гамма-лучи. Ранее считалось, что это явление длится крайне недолго, около одной десятитысячной секунды. Однако, как впервые показали компьютерные модели исследователей из Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) в Амстердаме, ионизирующее излучение молнии может сохраняться гораздо дольше — возникает послесвечение гамма-излучения, длящееся до 10 000 раз дольше первоначальной вспышки. Статья «TGF afterglows: a new radiation mechanism from thunderstorms» опубликована в Geophysical Review Letters. Это открытие может дать новое понимание процессов развития молний.

Наземные гамма-вспышки (Terrestrial Gamma Flashes, TGF) были открыты около двух десятилетий назад. Во время удара молнии электроны ускоряются до очень высоких энергий и, сталкиваясь с молекулами воздуха, вызывают взрыв гамма-излучения. Можно зафиксировать всплески до триллиона гамма-частиц. Однако измерения сложны, так как эти вспышки очень узконаправленны и длятся около 0,0001 секунды. Многое в их природе и роли в формировании молнии остается неизвестным. Недавно открытое послесвечение поможет в изучении этого феномена.

Исследователь CWI Каспер Рютьес объясняет новый механизм: «Излучение TGF настолько мощное, что могут происходить ядерные реакции. Когда гамма-лучи попадают в атомные ядра молекул воздуха, протоны и нейтроны могут высвобождаться. Свободные нейтроны, не имея заряда, могут блуждать дольше и дальше. Через некоторое время нейтрон захватывается другим атомным ядром, что снова может порождать гамма-излучение. Высокая энергия гамма-вспышки временно «сохраняется» в высвобожденных нейтронах». Расчеты показали, что это вызывает послесвечение, длящееся в 1000–10 000 раз дольше самой вспышки и излучающееся во всех направлениях, что облегчает его детектирование.

Исследователи CWI почти не нашли в литературе измерений, соответствующих их прогнозам, поскольку наблюдения редко велись в нужном временном масштабе. Однако, как отмечает Рютьес, их моделирование недавно получило экспериментальное подтверждение: группа G.S. Bowers из Калифорнийского университета в Санта-Круз практически одновременно зафиксировала четкое послесвечение гамма-вспышки в Японии после удара молнии в ветряную турбину. Статья об этом также вышла в Geophysical Review Letters.

Что касается радиационного риска, Рютьес поясняет: «Вероятность прямого попадания узконаправленного TGF крайне мала. Если это произойдет с человеком в самолете, доза облучения будет примерно равна 400 рентгеновским снимкам (30 мЗв). Послесвечение, которое мы обнаружили, излучается во всех направлениях, что увеличивает шанс попадания на самолет над грозой, но, к счастью, это излучение гораздо слабее. Его доза не опасна — меньше, чем пассажиры получают от фоновой радиации за час полета».