• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.12.2021
ФизТех
2 355

Российские ученые разработали новую модель земных гамма-вспышек

4.7

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из ВШЭ и Института прикладной физики РАН теоретически исследовали лавинное распространение быстрых электронов в грозовых облаках. Авторы построили аналитическую и вычислительную модели развития наземных гамма-вспышек, порождаемых быстрыми электронами. Описание условий, при которых происходит развитие вспышки, с помощью нового подхода оказалось более реалистичным, чем предыдущие.

Российские ученые разработали новую модель земных гамма-вспышек / ©Getty images / Автор: Иван Беляев

Результаты работы опубликованы в журнале JGR: Atmospheres. 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.

В работах Александра Гуревича был введен термин «лавина убегающих электронов». Смысл этого понятия 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). При взаимодействии с атмосферой электроны могут рождать как вторичные электроны с достаточной для «убегания» скоростью, так и гамма-кванты, которые, в свою очередь, способны рождать быстрые электроны. Таким образом появляется лавина быстрых электронов и параллельная вспышка гамма-лучей.

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.

Авторы работы предположили, что внутри грозы есть много разных областей, в которых электрическое поле гораздо сильнее, чем в промежуточном пространстве. При этом в каждой из областей поле направлено случайно, но внутри самой области — более или менее однородно. В рассматриваемой модели лавина электронов распространяется внутри такой области, называемой ячейкой реактора, по аналогии с атомным реактором.

Электроны, попадая в промежуточное пространство слабого поля, быстро теряют энергию, в то время как гамма-луч достигает следующей ячейки и запускает новую лавину электронов. Принципиальная схема процесса представлена на рисунке 1. Авторы 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.

Рисунок 1. Схема распространения лавин электронов в грозовом облаке / ©JGR: Atmospheres / Пресс-служба МФТИ
 

«На основе аналитической модели мы показали, что для развития лавин в реакторах требуются области сильного поля размером от 50 до 500 метров с разным направлением. Отличительной особенностью нашего подхода стал широкий угол, в котором можно наблюдать результирующее гамма-излучение. Это соответствует измерениям, приведенным ранее при помощи космических датчиков гамма-излучения.

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», — дополняет Егор Стадничук, научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
3 часа назад
Редакция Naked Science

Новый анализ настроений жителей Великобритании старше 40 лет, показал, что горожане имеют более низкий уровень благополучия, удовлетворенности социальным и материальным положением по сравнению с жителями сельской местности. Но есть нюанс.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно