Земные грозы уличены вотправке антиматерии в космос
Необычные вещи проявляются при изучении Почвы с орбиты. Стало известно, что грозы иногда порождают узкие потоки антивещества, устремляющиеся на огромные высоты. Эта находка послужила прекрасным развитием темы, поднятой ещё семнадцать лет назад, в то время, когда учёные выяснили, что молнии способны генерировать гамма-вспышки.
Нашёл данный феномен космический гамма-телескоп Fermi. Вообще-то его главная задача — отслеживание высокоэнергетических событий во Вселенной, поиск необыкновенных объектов в далёких галактиках и в отечественной собственной (сравнительно не так давно с его помощью в Млечном Пути были открыты загадочные огромные пузыри).
Но астрофизики иногда нацеливают аппарат на Землю: спутник был способен открывать тайны, продолжительное время прятавшиеся у исследователей практически под носом. Забрать те же молнии. Ежедневно на Земле таких «искорок» рождается порядка трёх миллионов.
Казалось бы, явление изучено на протяжении и поперёк. Но в первой половине 90-ых годов двадцатого века сенсоры на спутниках в первый раз зафиксировали гамма-лучи, рождаемые на протяжении молниевых разрядов.
Молнии были самыми замечательными естественными ускорителями частиц на Земле. Они разгоняют кое-какие электроны практически до скорости света, а уже эти частицы, сталкиваясь с ядрами атомов в воздухе, порождают высокоэнергетические гамма-лучи, улавливаемые рядом спутников (иллюстрации NASA, Robert Kilgore).
Эти земные гамма-вспышки (TGF) среди других спутников сейчас отслеживает и относительно юный аппарат «Ферми» (он не проработал в космосе и трёх лет). По оценкам экспертов, каждый день на отечественной планете происходит приблизительно 500 гамма-вспышек на протяжении гроз, большая часть наряду с этим остаются незамеченными.
Но в случае если спутникам должно очень сильно повезти, дабы уловить TGF, представьте, каково было удивление учёных, в то время, когда они осознали, что в один прекрасный день Fermi поймал вспышку, которую по всем расчётам никак не должен был заметить. Произошло это событие 14 декабря 2009 года, в момент, в то время, когда аппарат пролетал над Египтом. Наделавшая шуму гроза бушевала сейчас в Замбии, в 4,5 тысячах километров южнее.
С позиций спутника буря пребывала за горизонтом, и поймать гамма-лучи от замбийских молний телескоп не имел возможности. Но это случилось. Предстоящее расследование «чуда» заняло большое количество времени и стало причиной открытию, о котором команда исследователей, трудящаяся с «Ферми», поведала 10 января 2011 года на конференции Американского астрономического общества (217th AAS meeting) в Сиэтле.
В целом TGF продолжаются от 0,2 до 3,5 миллисекунды. На данной компьютерной модели продемонстрирована вспышка «возрастом» 0,2 миллисекунды, появившаяся на высоте 15 километров.
Жёлтым отмечены релятивистские электроны, пурпурным – гамма-излучение (иллюстрация Goddard Space Flight Center/J. Dwyer, Florida Inst. of Technology).
Как гласит пресс-релиз NASA, начинается целый процесс с восходящей лавины электронов, разгоняемых сильными полями в верхней части грозы. Эти частицы достигают релятивистских скоростей и при столкновении с атомами воздуха рождают гамма-излучение (ту самую вспышку TGF). На этом, но, развитие вспышки не заканчивается.
Начальные фонтаны электронов устремляются из штормовых туч вверх достаточно широким потоком, но до космических аппаратов доходят редкие струи, так что регистрация аналогичных «взрывов» требует известной удачи (иллюстрация NASA).
В редких случаях высокоэнергетические гамма-кванты сталкиваются с другими атомами в воздухе и преобразуются в несколько электрон-позитрон. Эти частицы с огромной скоростью летят вверх, «наматываясь» по спирали около линий земного магнитного поля.
По этим линиям частицы и добрались до спутника-телескопа, находящегося не только заметно выше земной гамма-вспышки, но и вовсе не над грозой, а значительно севернее. Позитроны, столкнувшиеся с сенсорами аппарата, срочно аннигилировали, опять обратившись в гамма-кванты, каковые и поймал «Ферми».
TGF через 1,4 миллисекунды по окончании начала. Гамма-кванты уже попадают в космос.
Электроны также устремляются вверх, но более собранным пучком, движущимся под углом к горизонту на протяжении силовой линии магнитного поля Почвы. На данной картине уже возможно рассмотреть и позитроны (зелёный цвет), кроме этого отправляющиеся в путь наверх и потом за горизонт.Как та же самая TGF выглядит через 1,98 миллисекунд по окончании начала, продемонстрировано на рисунке под заголовком (иллюстрация Goddard Space Flight Center/J. Dwyer, Florida Inst. of Technology).
Примечательно, что гамма-всплеск из Замбии Fermi уловил два раза с промежутком 23 миллисекунды. Учёные растолковали это так. Первый импульс телескоп записал, в то время, когда античастицы от TGF достигли аппарата. Но, пролетев дальше на протяжении линии магнитного поля, данный пучок позитронов достиг так называемой зеркальной точки, где отразился и отправился назад совершенно верно по тому же пути.
Данный обратный пучок позитронов вызвал второй всплеск в датчиках телескопа.
Член команды Fermi Майкл Бриггс (Michael Briggs) из университета Алабамы (UAH) заявил эти сигналы первым прямым доказательством того, что грозы создают пучки античастиц . (Работа учёных будет размещена в Geophysical Research Letters.)
Позиция «Ферми» в момент поимки античастиц от грозы в Замбии. Пурпурная точка – вспышка TGF 091214. На врезке продемонстрирован график сигнала. По вертикали – число импульсов за одну микросекунду, по горизонтали – время в миллисекундах. Самый большой пик (время 0) – главной, второй по высоте (на отметке 23-25 миллисекунд) – «зеркальный», от возвращающихся античастиц.
Жёлтый кружок – спутник над Египтом, светло синий – магнитная «зеркальная точка». светло синий полоса – силовая линия магнитного поля Почвы (иллюстрация NASA/Goddard Space Flight Center).
Учёные предполагают, что вообще-то все TGF генерируют потоки античастиц, их достаточно тяжело. Сам «Ферми» зафиксировал четыре таких события рождения антиматерии в воздухе (включая ту самую грозу в Замбии). А «несложных» TGF под собой орбитальный телескоп поймал уже больше много.
Сейчас нужно детальнее разобраться с этим увлекательным явлением, прояснить тонкости механизма рождения потока антиматерии и роль во всём этом самой молнии, — говорят американские исследователи.
Увидим, что исследователи продолжительное время предполагали, словно бы грозовые разряды способны порождать не только гамма-лучи, но и рентгеновские фотоны. Действительно, в этом случае речь заходит уже не о вершине грозы, а о начальном фаворите, устремляющимся вниз в начале разряда.
И вот лишь сравнительно не так давно, летом 2010 года, Джозеф Дуайер (Joseph Dwyer) из технологического университета Флориды (FIT) сумел в первый раз отснять это явление. (Кстати, Джозеф учавствовал и в работе по поимке античастиц от на данный момент.)
Физик выстроил камеру размером с холодильник, детектор которой насчитывал всего 30 пикселей, но это был детектор рентгеновских и гамма-лучей.
Камера была установлена на автоприцепе и направлена на место, в которое должна была попасть натуральная молния. Её исследователь стал причиной, закинув при помощи ракеты долгую бронзовую проволоку в грозовую тучу.
Так выглядит природная молния, спровоцированная запуском миниатюрной ракеты с разматывающейся проволокой (фото Dustin Hill/International Center for Lightning Research and Testing).
Отснятые за 2,5 миллисекунды 25 рентгеновских кадров Джозеф перевоплотил в ролик (его вы обнаружитеданной страничке). В нём возможно заметить, в каких местах по мере продвижения разряда появляются рентгеновские лучи.
Ранее исследователи сам факт рождения таких фотонов в момент удара молний, а Дуайер придумал, как практически разглядеть этот процесс. Это должно оказать помощь в изучении «рентгеновского» феномена молний.
Тем временем Джозеф планирует построить подобную камеру с 150 рентгеновскими детекторами, чтобы получить более детальный портрет для того чтобы обыденного, но всё ещё во многом таинственного явления, как молния.
Получение этих кадров молнии в рентгеновском диапазоне Дуайер сравнил с обретением «рентгеновского зрения Супермена». броские шестиугольники – это неотёсанные пиксели, показывающие точки происхождения «X-лучей» по мере продвижения фаворита к почва (фото Joseph Dwyer, Florida Institute of Technology).
