Космічні промені можуть запускати блискавки

Дослідники з Лос-Аламоської національної лабораторії виявили, що зливи космічних променів відіграють вирішальну роль у виникненні спалахів блискавки. Використовуючи інноваційну систему 3D-картування, науковці змогли побачити незвичайний механізм формування блискавки, пов’язаний з високоенергетичними частинками з космосу.

Традиційні уявлення про формування блискавки потребують перегляду з урахуванням нового відкриття.

Новий погляд на механізм виникнення блискавки

Традиційно вважалося, що блискавка виникає після розділення протилежних електричних зарядів у хмарах. Проте нове дослідження демонструє складніший механізм. Науковці спостерігали, що спалахи блискавки починаються з позитивного електричного розряду, який швидко супроводжується ще швидшим негативним розрядом.

Аналізуючи поляризацію сигналу, дослідники виявили, що струм розряду мав нахил від напрямку поширення. Це означає, що блискавка слідувала не лише за електричним полем грози. Напрямок поляризації також змінювався між позитивним і негативним розрядами.

Ці спостереження дозволили вченим дійти висновку, що космічні промені суттєво впливають на процес утворення блискавки. Високоенергетичні частинки з космосу створюють в атмосфері вторинні електрони і позитрони. Ці частинки іонізують повітря та формують шляхи в грозових хмарах.

Вплив космічних променів на формування блискавки

Дослідницька група виявила цікавий механізм взаємодії космічних променів з земною атмосферою. Високоенергетичні електрони і позитрони рухаються в різних напрямках під впливом магнітного поля Землі та електричного поля хмари. Це спричиняє виникнення похилого струму розряду.

Така взаємодія пояснює, чому поляризація сигналу була нахилена. Позитрони та електрони відхилялися в різні боки в електромагнітному полі. Це також пояснює відмінності в поведінці між швидкими позитивними та негативними розрядами.

Космічні промені створюють шляхи підвищеної іонізації в грозових хмарах. Блискавка слідує за цими шляхами, що дозволяє їй рухатися значно швидше. Фактично, космічні промені створюють своєрідні “доріжки” для проходження електричного розряду в атмосфері.

Інноваційна технологія для вивчення блискавки

Для проведення дослідження науковці використовували унікальну систему BIMAP-3D, розроблену в Лос-Аламосі у 2021 році. Ця широкосмугова радіочастотна інтерферометрична система дозволяє створювати тривимірні карти блискавки з високою роздільною здатністю.

“Ця система унікальна тим, що вона одночасно виявляє поляризацію в 3D, дозволяючи нам бачити не тільки місце виникнення блискавки, але й напрямок струму розряду всередині хмари”, — зазначає Шао. Система фіксує радіохвилі, що випромінюються під час формування і розвитку блискавки.

BIMAP-3D складається з двох станцій, розташованих на відстані близько семи миль одна від одної. Кожна станція має чотири набори антен, що утворюють Y-подібну інтерферометричну решітку. Поєднання двовимірних вимірювань між станціями дозволяє створювати повноцінні 3D-карти блискавок.

Дослідження блискавки має важливе значення для національної безпеки. Лос-Аламоська національна лабораторія вивчає це явище, оскільки блискавка виробляє сигнали, подібні до сигналів ядерного вибуху. Розуміння механізмів блискавки допомагає розробляти більш досконалі інструменти для ядерного моніторингу та системи розпізнавання сигналів.