Космическите лъчи ще разкриват тайната на мълниите

Астрофизикът Хейно Фалке (Heino Falcke) от университета на Неймеген (Нидерландия) и колегите му са измерили интензивните електрически полета в бурните облаци.

Това станало с помощта на радиообсерватория, използвана за наблюдение на електромагнитни изблици, предизвикани от космически лъчи. Преди такива полета са измервани чрез сонди и балони. Но техниката на Фалке и екипа му е по-добър инструмент за изследване на произхода на мълниите и тайните на тяхното формиране.

Фалке използвал инструмента LOFAR – мрежа от радиоантени и детектори на частици, разположени в пет европейски страни. LOFAR бил построен като инструмент за многоцелево изучаване на радиовълните от далечни космически явления, както и за последствията от въздействието на космическите лъчи в атмосферата на Земята.

Системата действа по следния начин. Когато заредената частица от космически лъчи (протон или тежко атомно ядро) се сблъсква с молекулите на въздуха, това предизвиква верижна реакция, в която милиони заредени частици (основно електрони) се спускат надолу към Земята. Антените на LOFAR откриват радиовълни, които се изпускат от тези заредени частици по време на падането им поради взаимодействието с геомагнитното поле.

Екипът на Фалке провел своите измервани с централната част на LOFAR екипът на Фалке по време на 762 бури в периода от юни 2011 до септември 2014 г.

При хубаво време изследователите наблюдавали „подредените структури“. Радиовълните попадали в детекторите, демонстрирайки балансирана поляризация, което съответствало на теоретичните модели на изследователската група. Но рисунъкът на поляризацията се променял, когато се появявали облаци.

В буреносния облак се генерират интензивни електрически полета, носещи отрицателни електрически заряди в долния слой и положителни – в горния. Мълнията се явява провеждащ електричество канал, който се отваря в атмосферата за кратко и частично възстановява баланса на електрическите заряди, както и баланса между различните слоеве на облаците и между облаците и повърхността на Земята.

Но учените така и досега не могат да разберат какво именно и по какъв начин предизвиква разрядите на мълнии. Електрическите полета са достатъчно силни, но само те не са достатъчни за преобразуването на въздуха от състояние на електрически изолатор (който не провежда ток) в проводник.

Някои специалисти смятат, че вина за това имат космическите лъчи. Вероятно именно инструментите на LOFAR ще помогнат да се засекат космическите лъчи, нахлуващи едновременно с появата на мълнии.

Научната статия на Фалке и колегите му, обясняваща как може да се направи това, е публикувана в изданието Physical Review Letters.