Исследование молний: как фотоэлектрический разряд объясняет грозу

Профессор Виктор Паско заявил, что их исследование впервые точно объясняет, как в природе возникает молния. Оно устанавливает связь между рентгеновскими лучами, электрическими полями и физикой электронных лавин.

В ходе работы команда использовала математическое моделирование для подтверждения и объяснения результатов полевых наблюдений за фотоэлектрическими явлениями в атмосфере. Они выяснили, что электроны с релятивистской энергией, попадая в атмосферу из космоса с космическими лучами, размножаются в электрических полях во время грозы и создают короткие вспышки высокоэнергетических фотонов. Это явление называется земной гамма-вспышкой и представляет собой невидимые всплески рентгеновского и радиоизлучения.

Профессор Паско объяснил, что их модель помогла полностью объяснить рентгеновское и радиоизлучение в грозовых облаках. Они продемонстрировали, как электроны, ускоряемые сильными электрическими полями, при столкновении с молекулами воздуха, такими как азот и кислород, производят рентгеновское излучение и создают лавины электронов, которые вызывают разряд молнии.

Исследователи сопоставили свои модели с полевыми данными, собранными другими группами с помощью различных датчиков и спутников. Они объяснили, какие условия в грозовых облаках необходимы для запуска каскада электронов и почему наблюдаются разнообразные радиосигналы перед ударом молнии.

Профессор Первез добавил, что они подтвердили свою гипотезу о возникновении молний, сравнив результаты с предыдущими моделями и наблюдениями. Их модель, известная как фотоэлектрический разряд с обратной связью, имитирует условия, при которых может возникать молния. Уравнения для модели приведены в статье, чтобы другие исследователи могли их использовать.

Ученые не только выяснили, как зарождается молния, но и объяснили, почему наземные гамма-всплески иногда происходят без видимых световых и радиовсплесков. Они отметили, что высокоэнергетическое рентгеновское излучение, возникающее в результате электронных лавин, генерирует новые электроны, что приводит к быстрому усилению этих лавин. Это может приводить к обнаружению рентгеновского излучения в областях с очень слабым оптическим и радиоизлучением, объясняя, почему гамма-всплески могут исходить из тусклых и радиомолчаливых зон.

Уточнения

Электро́н (от др.-греч. ἤλεκτρον «янтарь») — субатомная частица (обозначается символом e−
или β−
), чей электрический заряд отрицателен и равен по модулю одному элементарному электрическому заряду.