Мълния. Тази дума веднага предизвиква представа за грандиозно, ужасяващо и

Мълния. Тази дума незабавно провокира визия за грандиозно, ужасяващо и в това време хипнотизиращо естествено събитие. Векове наред светлинните зигзаги, раздиращи бурното небе, са вълнували мозъците на хората, пораждали са легенди и са ставали обект на първите научни проучвания. Но даже и през днешния ден, в епохата на напредналите технологии, този огнен небесен танц пази доста секрети. Неотдавнашно проучване на японски учени от университета в Осака, оповестено в влиятелното списание Science Advances, повдигна завесата над една от най-интригуващите секрети на мълнията – нейната дарба да генерира гама лъчи, най-енергийно мощните фотони във Вселената.

Звучи съвсем като научна фантастика, нали? Нека се спрем малко по-подробно върху това забавно научно изобретение.

Гама лъчи… от Земята? Космически посетител в нашата атмосфера

Преди всичко, какво съставляват гама лъчите? Представете си целия набор на електромагнитното лъчение – от радиовълните през забележимата светлина до рентгеновите лъчи. Гама лъчите са на самия му край, с извънредно огромна сила. Обикновено ги свързваме с същински галактически катаклизми: детонации на свръхнови, интензивност на черни дупки или конфликти на неутронни звезди. Това са процеси, при които се освобождават размери от сила, които е мъчно да си представим.

А в този момент се оказва, че нещо сходно, въпреки и в по-малък мащаб, се случва тъкмо над главите ни, по време на елементарна гръмотевична стихия. Тези земни проблясъци на гама-лъчи (TGF – Terrestrial Gamma-ray Flashes) са относително ново събитие за науката. Хипотезата, че мълнията или светкавицата (линейната мълния) може да е техен източник, съществува от дълго време. Предполагаше се, че мощните електрически полета в гръмотевичните облаци са способни да форсират електроните до скорости, близки до скоростта на светлината. Тези релативистични електрони, сблъсквайки се с молекулите на въздуха, би трябвало да генерират гама-кванти. Да се улови този миг „ ръчно “ се оказа извънредно мъчно обаче. Защо? Защото цялата тази приказност трае единствено дребна част от секундата – десетки микросекунди! Това е все едно да се опиташ да снимаш патрон в полет благодарение на античен фотоапарат.

Издирването на призрачната мълния: по какъв начин се прави

Тук на сцената се появяват откривателите от университета в Осака. Те освен удостоверяват остарялата догадка, само че и за първи път в света съумяват да запишат в елементи самия развой на раждане на TGF, синхронизирайки го с развиването на разряда на мълнията. За тази цел в град Каназава, прочут с интензивните си зимни гръмотевични стихии, беше ситуирана цяла мрежа от високотехнологични датчици. Това е същински мултисензорен оркестър, който свири на оптичните и радиовълновите честоти и, несъмнено, на високоенергийното гама-излъчване.

Какво видяха те? Картината се оказа смайваща. Учените следиха по какъв начин сред мълниеносен облак и наземна предавателна кула се образува гръмотевица. Както знаем, мълнията не удря в един канал. Тя е предшествана от развиването на по този начин наречените водачи – едва светещи канали от йонизиран въздух. В този случай бяха следени два такива водача: единият се спуска от облака надолу, а другият се издига от кулата, с цел да го посрещне. Това наподобява на две електрически „ пипала “, които се протягат едно към друго.

И тук, в точката на оптималното им доближаване, само че към момента преди действителното затваряне на веригата и основния, блестящ удар на мълнията, уредите записаха самия земен гама-изблик. Това е основният миг! Оказва се, че точно в този миг преди гръмотевичната стихия, когато водачите съвсем се допират, се основава необикновено съсредоточено електрическо поле. То работи като натурален ускорител на частиците, като форсира свободните електрони във въздуха до скорости, близки до скоростта на светлината.

Микросекундите, които са от решаващо значение

Данните, получени от японските учени, са изумителни по своята акуратност и значителност. Първият гама-фотон е регистриран 31 микросекунди преди срещата на водачите. А самото гама-изригване е траяло още 20 микросекунди след конфликта им, което е породило главния разряд на мълнията със мощ от внушителните към 56 хиляди ампера.

Какво значи това? Означава, че в този момент към този момент имаме доста по-добро схващане за това по кое време и по какъв начин се раждат тези мистериозни TGF. Това не е непряк резултат от към този момент зародил удар на гръмотевица, а по-скоро негов предходник, възникващ при рисковите условия на доближаване на водачите. То е като искра, прескачаща преди експлоадирането на огромен пожар. Юки Уада, водещ създател на проучването, акцентира:

„ Възможността да учим такива рискови процеси … ни дава опция да добием по-задълбочена визия за високоенергийните феномени, протичащи в земната атмосфера. “

От фундаменталната просвета до практическото приложение (и обратно)

Изглежда хубаво – гама лъчи от мълниите, хубаво – физиците са щастливи. Какво общо има това с вас и с мен? Съвсем директно.

Първо, това е фундаментално познание. Разбирането на такива процеси уголемява хоризонтите ни на знание за природата. Виждаме, че Земята е способна на сходни „ галактически “ специфични резултати. Това оказва помощ да се изяснят моделите на развиване на мълниите, да се разбере динамичността на техните водачи, може би даже да се схванат такива фини механизми като „ термично ускоряване “ или „ релативистична противоположна връзка “ – това е, когато самите ускорени частици стартират да въздействат на полето, като в допълнение го усилват.

На второ място, има и напълно удобен аспект. Гама излъчването въпреки всичко е радиация. Въпреки че дозите от гама-лъчението, достигащи земната повърхнина, са дребни, за авиацията, изключително за бордовата електроника, то може да съставлява прочут интерес. Най-важното е, че подробното схващане на всички стадии от развиването на мълнията, в това число тези високоенергийни прекурсори, може да помогне за създаването на по-добри системи за мълниезащита на постройките, електропроводите и другата сериозна инфраструктура. В края на краищата, в случай че знаем, че нещо особено се случва преди удара, може би ще можем да открием това „ нещо “ и да вземем превантивни ограничения.

Както отбелязва Харуфуми Цучия, старши създател на публикацията:

„ Въпреки че някои загадки остават, този способ ни приближи до разбирането на механизма на тези невероятни прояви на радиация. “

И по този начин, с какво разполагаме? Загадката, която изтезава учените от десетилетия, стартира да се разкрива. Мълнията, този античен знак на мощ и тайнственост, се оказва способна на доста повече, в сравнение с сме предполагали. Тя не просто осветява небето и гърми, а е натурален ускорител на частици, генериращ енергийно най-мощното лъчение във Вселената. И всяко сходно изобретение, каквото е работата на японските откриватели, освен дава отговор на остарели въпроси, само че, както постоянно се случва в науката, слага нови, още по-интересни. И това е отлично, тъй като точно любознанието е моторът на напредъка.