С неба в ад: старый самолет-разведчик обнаружил ядерные реакции в грозах

В 1960 году Советский Союз сбил самолёт американского пилота Фрэнсиса Гэри Пауэрса , когда он пролетал над Екатеринбургом. Пилот был захвачен живым и осуждён на 10 лет тюрьмы, а обломки самолёта выставили на всеобщее обозрение. Этот инцидент стал известен как дело U2 , названное в честь самолёта-шпиона, пилотируемого Пауэрсом — летательного аппарата, разработанного по запросу ЦРУ для полётов на большой высоте и фотографирования военных объектов без обнаружения.

Шесть десятилетий спустя тот же тип самолёта — ныне преобразованный для научных целей — помог учёным увидеть внутренние процессы, происходящие в грозах, как никогда раньше. Хотя грозы можно изучать как с Земли, так и из космоса, точные механизмы, запускающие молнии, остаются неразгаданными. Молнии способны нагревать атмосферу до 20 000 градусов Цельсия, что в три раза превышает температуру поверхности Солнца.

В июле 2023 года NASA провело 10 полётов на своём самолёте ER-2, модифицированной версии U2, используемой в период Холодной войны. Американское космическое агентство поставило цель провести беспрецедентный эксперимент: подняться на высоту 12 миль и многократно пролетать над самыми сильными тропическими штормами в Карибском бассейне и Центральной Америке. Самолёт, оснащённый научными приборами, мог планировать часами. На земле команда учёных и метеорологов в реальном времени направляла пилота, предупреждая о приближении электрических разрядов с помощью кодового слова «свечение!» Пилот находился всего в 1,5 милях от облаков и их электрической активности, что позволило науке приблизиться к штормам как никогда ранее.

Результаты эксперимента показали, что грозы производят радиоактивное излучение в виде гамма-лучей, аналогичное тому, что возникает при ядерных взрывах и распаде элементов, таких как уран. Ранее учёные уже подтверждали существование этого явления, но масштаб, наблюдаемый самолётом NASA, был беспрецедентным. Эти штормы генерируют гамма-лучи в течение нескольких часов, охватывая площадь более 3 400 квадратных миль — почти эквивалент всей территории Европы.

В двух исследованиях, опубликованных в журнале Nature, учёные сравнили это явление с кипящей водой, где каждый пузырь представляет собой вспышку гамма-лучей, длительностью всего доли секунды, освещающих небо невидимыми глазу вспышками.

Из-за конструкции самолёта ER-2 в кабине может находиться только один пилот, одетый в герметичный костюм, похожий на скафандр. Один из пилотов отметил, что облака имели «странный фиолетовый оттенок» из-за высокой частоты разрядов. Процесс, сопровождаемый зрелищными световыми эффектами и невидимыми гамма-лучами, высвобождает колоссальные объёмы энергии.

Учёные также обнаружили новый тип гамма-вспышек внутри штормов, который назвали мерцающей гамма-вспышкой (TGF). Этот процесс, по мнению исследователей, служит «недостающим звеном» между двумя ранее известными типами гамма-излучения. TGF возникает после более длительных вспышек и перед молнией, что указывает на существование неизвестного процесса, высвобождающего энергию в форме гамма-лучей, который может быть предшественником формирования молнии.

Исследователи полагают, что эти гамма-лучи не представляют угрозы для людей, но полёты вблизи гроз сопряжены с рисками из-за мощной турбулентности. Хотя удары молний могут представлять опасность, коммерческие авиалайнеры сталкиваются с ними достаточно часто, что редко приводит к повреждениям.

Эти исследования внесли значительный вклад в новое научное направление, известное как физика высокоэнергетической атмосферы, что может привести к революции в понимании процессов, связанных с молниями.

Источник: Nature