Тёмные молнии: антиматерия в небесах.

Да, обычные молнии были изучены Бенджамином Франклином, с его известными опытами по попытке муляжом Ёрмунганда в небе вызвать Тора на его колеснице, запряженной двумя козлами на небольшой научный батл, или проще говоря - он запускал воздушного змея в грозу чтобы подтвердить пару своих гипотез. Было это в далеком 1750-ом. С тех пор учёные выяснили, что облака заряжаются самостоятельно, и происходит это из-за разницы воздушных потоков. Теплые микрокапли несёт вверх, холодную ледяную крупу - вниз. Они сталкиваются, и в результате верх заряжается положительно, а низ - отрицательно. Заставить мелкие частицы лететь массово вверх может и вулкан, и пожары, и торнадо, и даже пыльные бури - каждый из этих факторов может вызвать грозу. Кстати самое наэлектризованное место на земле - озеро Маракайбо. Больше всего оно известно под именем феномена: Молнии Катакумбо. Здесь молнии не просто бьют в воду, а возникают одновременно и сохраняются десятки секунд.




Вроде всё просто, но с тех пор человечество шагнуло вперёд. Едва познав радость полёта при помощи сложных механизированных устройств, мы принялись забираться всё выше и выше. Всего 80 лет назад первые пилоты, попавшие в верхние слои атмосферы, стали описывать странные типы электромагнитных излучений, неописуемо красивые и “обсеруемо” на такой высоте страшные. В 1989 году этим занялись основательней и стали изучать молнии на границе с космосом, и описали эльфов, джеты и спрайтов.




Явления эпичные, но если вы не космонавт, которого родина выстрелила в небо в грозу, чтобы потом оправдать растраты катастрофой из-за плохой погоды, скорее всего, эльфа лицом к лицу вы никогда не увидете. Даже высотные разведчики типа капиталистического U2 могут забраться на высоту только в 20 км. В то время как разряды холодной плазмы фигачат начиная с 40-90 км (мезосфера) и до термосферы (до 800 км).

Самый первый миф, за исключением той истории про Ёрмунганда, это то, что спрайты являются молниями. На такой высоте в условиях сильно разреженного воздуха физически невозможно создать горячий канал обычной тропосферной молнии, поэтому всё явление по визуальным спецэффектам ближе к люминесцентной лампе, которой кто-то, весело дрыгая ногами и сидя на планетных антресолях, размахивает над облачно-пушистой катушкой теслы, генерирующей бешеное напряжение бешеной частоты.

Спрайты с тех пор классифицировали на медузообразные, столбчатые и морковные. И пусть вас не пугают эти сложные научные термины, смысл явления это не поменяло. Красновато-оранжевые щупальца наверху, синеющие соплями снизу, часто украшенные медузьи масштабным Гало (оптический эффект нимба вокруг яркого света в темноте) возникают на микросекунды и исчезают.




Цвета, кстати, определяются составом атмосферы и её разряженностью. Кислород, как ни странно, заплывает дальше всех, хоть и находится там почти один. Именно он даёт красное свечение выше 300 км, на высоте от 100 до 300 он светится желто-зеленым, но там уже появляется азот - ему больше нравится красненький и светится он охотно. Присутствие азота, водорода и гелия пониже даёт синий и фиолетовый. Кстати, теперь, увидев северное сияние, вы можете разложить его на составляющие части. И насчет нимба над морковкой. Иногда он появляется и без морковки-спрайта, и есть версии о том, что это не совсем, вернее, не только нимб спрайта, но и самый настоящий вид Эльфов, а красно-фиолетовое кольцо в таком случае - остатки сферически распространяющейся электромагнитной волны, стартующей от сверхмощного разряда снизу вверх, и рассеивающаяся по мере достижения критической высоты, превращаясь в пресловутое псевдогало.




С вершин облаков вверх срываются синие всполохи - это джеты, голубые джеты, или гномы, или голубые гномы, хотя, может, голубые гномы это не отсюда. Кроме джетов бывают ещё голубые стартеры, но они не поднимаются выше 30 км, и многие учёные считают их просто перевернутыми молниями. Эта идиллия голубых гномов, морковных спрайтов и шарообразных эльфов, всех этих энергий, отзывающихся всполохами плазмы, была прекрасной и прозрачной картиной мира, о котором мы знали всё до последней частицы… Как мы думали раньше. Ровно так и было до тех пор, пока лет 25 назад, в 1994 году, в орбитальной обсерватории им. Комптона по изучению Гамма излучения, второй после великого Хаббла по масштабности и важности в сфере изучения окружающего пространства, не сообщили об открытии того, что впоследствии войдет в историю как Темные молнии.




Итак, чудо штуковина, отправленная штатами в космос для наблюдения за всяким научно интересным и непопулярным в широких массах, имела на борту всего 4 компонента. Бэтси - монитор всего неба, огромная камера из блока из 8 линз диаметром 50 см, неусыпно следящая за всей обозримой атмосферой. Осси - сверхточный спектрометр для определения гамма лучей. Комптел - телескоп определения направления прихода гамма фотонов. Игрид - гамма телескоп высоких энергий. Летала там эта штуковина, виды снимала, пока не посмотрели через неё на землю, и не увидели неизвестные ранее вспышки гамма излучения и следы антиматерии на обратном конце молний, или, собственно, темные молнии в высоких слоях атмосферы.




Что представляет из себя темная молния? Мне не случайно пришлось описать все известные атмосферные явления, связанные с молнией, до того, как перейти к ней. Если достаточно мощную земную молнию рассмотреть талантливым и научно подкованным взглядом популярного физика - Побединского, мы увидим как два потока разнозаряженных частиц стремятся друг к другу, и, найдя самый удобный путь, встречаются, раскаляя воздух до температуры в 5 раз выше солнечной. Но эта встреча не проходит без последствий. Если мы замедлим время, растянув секундный удар молнии в 100 с лишним раз, то ваша попытка удивлённо моргнуть и сделать перепуганную моську растянется на 2 минуты, а мы сможем разглядеть эльфа в атмосфере над молнией, или, что ещё интересней, вооружиться гамма чувствительным оборудованием и посмотреть на темную молнию, уходящую от нашей “нормальной молнии” далеко ввысь.




Любая молния порождает всплеск электромагнитной активности и выброс электронов вверх, что, собственно, и создаёт причудливые образы из плазмы, электризуя разряженные атмосферные газы. Но то, что служит началом молнии как таковой, эффектно её и завершает.

Речь идёт об убегающих электронах. Помните, когда мы говорили о зарождении молнии, мы упоминали, что в грозовых облаках частицы движутся: холодные - вниз, тёплые - вверх, и с разницей наверху появляются электроны. Так вот, сами по себе они имеют достаточно короткую дистанцию забега, но некоторые из них движутся быстро, а некоторые так и вовсе со скоростью, близкой к скорости света. А создав среди них электрическое поле, мы ускорим их ещё чуть чуть. Ровно на столько, чтобы при столкновении с молекулами воздуха они выбивали ещё несколько электронов, движущихся со скоростью и энергией достаточной, чтобы повторить процесс среди коллег.




Представьте себе склон альпийских Альп: идёт снегопад, на склон падают пушистые снежинки. Упав, они сдвигают пару других, но ничего глобально не меняют. Иногда дует ветер, и снежинки летят быстрей, развевая флажки на трассе и срывая объявления о скидках на глинтвейн. Но если одну из ледяных чертовок ускорить до какой-нибудь бешеной скорости, она так врежется в своих друзей, что те отлетят с силой достаточной, чтобы столкнуть ещё пару, а тех догонят новые, и зародится цепная реакция. Какой-то гад кинул снежок и сейчас будет жопа? На языке физиков он передал импульс, а “жопа” это электрический пробой - если заряд (масса снега) большая, то образуется лавинный пробой и “жопа” будет полной. Если из снега вернуться в небо, то в атмосфере это явление создаёт канал, и по нему проходит разряд - молния, бабах, и вы начинаете своё двухминутное моргание при виде яркой вспышки.




Над молнией, высоко вверху, пробой тоже имеет место быть, но он как Алиса из Зазеркалья - совсем другой. Источником затравочных быстрых электронов здесь выступают космические лучи, ионизирующие молекулы воздуха, точь-в-точь как перед грозой у вас на даче с грядками, только в стратосфере и космическая радиация. Разряд молнии снизу инициирует пробой но уже вверх. При столкновении электрона с разряженными молекулами воздуха возникает ещё и сильное гамма излучение, которое затем преобразуется в электрон и позитрон - первый летит и врезается в новую молекулу, второй пугает СМИ и обывателей страшным словом - антиматерия.

Казалось бы, логичным был бы вопрос, а почему снизу молния не даёт такого эффекта? И мы тут все не облысели от радиации, а антиматерия не плавает в кофе? Ответ на него тоже вполне логичен: земля или строение, дерево или коровка в поле, так или иначе поглощают импульс, в атмосфере же пробой и невероятная по силе энергия имеет естественный ограничитель только в виде космического пространства. Вот и возникают лавинообразные побеги свободных электронов, разбивающихся потом о молекулы воздуха, насмерть, в гамма излучение, новые электроны и позитроны. Хотя гамма выбросы из верхних слоёв атмосферы, направленные вниз, тоже регистрируют.




Например, во время одной из страшных зимних гроз в Хонсю, в Японии, в грозовом облаке произошла сильная вспышка гамма излучения, при этом большая часть выброса была направлена в сторону любопытных ученых, наблюдавших за низкопроходящей грозой. Оборудование, регистрирующее гамма излучение, ослепило, ученые пришли в буйный восторг и написали пару статей об опасности атмосферы.

В остальном же встретиться с Темной молнией и выделяемым гамма излучением очень сложно, из-за их редкости - для этого нужно постоянно летать через грозовые облака. И если в вас постоянно будут бить молнии, возможно, вы и получите свою дозу радиации, попав на пару гамма вспышек, но из-за выведенного из строя оборудования вряд ли успеете рассказать миру о своих впечатлениях.