Космические частицы помогли изучить электрические поля гроз
Телескоп GRAPES-3, созданный для наблюдения за космическими лучами, помог ученым разобраться в электричестве грозовых облаков. Данные этого прибора объяснили, почему он фиксировал больше грозовых событий в восточной части обзора, чем в западной. Итоги работы опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Мюоны, регистрируемые на поверхности, оказались природным датчиком для изучения атмосферного электричества. Об этом пишет портал Известия.
Космические лучи — поток частиц высокой энергии, летящих к Земле из космоса. Большая их часть — протоны, а магнитное поле планеты отклоняет эти заряженные частицы. В атмосфере они сталкиваются с ядрами атомов воздуха и рождают вторичные потоки, включая мюоны. Эти короткоживущие заряженные частицы летят со скоростью, близкой к световой, а детектор GRAPES-3 площадью 560 кв. м ежедневно регистрирует около четырех миллиардов мюонов.
Положительных мюонов приходит больше, чем отрицательных. В грозовых облаках заряды разделяются, возникают мощные электрические поля. Когда мюоны проходят сквозь них, поле тормозит положительные частицы и разгоняет отрицательные. Если бы тех и других было поровну, эффекты почти компенсировались бы и общий поток не менялся; но из-за перевеса положительных гроза оставляет слабый, однако измеримый след, по которому ученые узнают о потенциале внутри облака.
Ранее прибор показал, что внутри грозы потенциал достигает 1,3 млрд вольт, тогда как прямые замеры давали лишь около 130 млн вольт; о таких величинах предполагали еще в 1920-х. С апреля 2011-го по декабрь 2020 года телескоп зафиксировал 487 грозовых событий. На восток обзора пришлось 81,5%, на запад — 13,7%, разница почти шестикратная. Независимые приборы, следившие за электрическим полем атмосферы, не показали такого же перевеса восточных гроз.
Причина расхождения — восточно-западный эффект: магнитное поле Земли отклоняет заряженные частицы, поэтому положительно заряженные частицы из космоса достигают атмосферы с разной вероятностью в зависимости от направления. С востока частицы меньшей энергии отсеиваются сильнее, чем с запада; этот порог называют геомагнитным отсечением. Моделирование подтвердило объяснение: баланс между положительными и отрицательными мюонами на востоке дал около 1,37, на западе — 1,14, а при одинаковых значениях для обеих сторон разница исчезает. Прямые измерения потенциала внутри гроз сложны, ведь нужны приборы на самолетах или метеозондах рядом с активной грозой, а мюоны можно наблюдать с поверхности.
