Специалисты Московского физико-технического института, Высшей школы экономики и Института прикладной физики РАН построили модели лавинного распространения быстрых электронов в грозовых облаках, что позволило точнее, чем ранее, описать условия этого процесса.
В 1994 году впервые были обнаружены вспышки гамма-излучения в атмосфере Земли. При последующем изучении этих явлений обнаружилось, что они связаны с ударами молний (существующие измерения не позволяют точно определить порядок).
Энергия вспышки может уходить как в космическое пространство так и на поверхность планеты. Ученые считают, что внутри грозовых облаков часто образуются области сравнительно сильного электрического поля. Попадая в такие зоны, электроны ускоряются.
«Мы предполагаем, что лавины электронов могут демонстрировать поведение, которое мы описали в работе, в разных областях с неоднородным электрическим полем, поскольку единственным необходимым условием является достижение тормозным излучением следующей ячейки, в которой развиваются другие лавины.
Следовательно, исследование структуры электрического поля грозы имеет решающее значение для понимания физики электронных лавин и гамма-излучения», — рассказал научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ Егор Стадничук.
Смысл понятия «лавина убегающих электронов» в том, что медленные электроны (с энергией меньше 300-500 кэВ) в атмосфере теряют энергию быстрее, чем получают ее от электрического поля. В то же время более быстрые электроны теряют энергию медленнее и, как следствие, ускоряются.
Это приводит к тому, что быстрые электроны могут ускоряться до релятивистских скоростей (до 50-80 МэВ). В результате взаимодействия с атмосферой появляется лавина быстрых электронов и параллельная вспышка гамма-лучей.
И хотя они не несут прямой угрозы людям и оборудованию, но представляют значительный научный интерес. Особенно в смысле их связи с природой возникновения молний, с которой до сих пор есть много неясностей.
Существует несколько моделей возникновения таких вспышек, но во всех из них есть те или иные трудности с объяснением наблюдаемых данных.
В новой работе ученые из МФТИ, ВШЭ и Института прикладной физики РАН описали процесс развития гамма-вспышки аналитически и провели его численное моделирование с использованием разработанной модели. Оказалось, что новый подход позволяет описывать гамма-вспышки точнее, чем другие существующие.
Результаты работы опубликованы в журнале JGR: Atmospheres.