Частицы из космоса помогли раскрыть загадку грозовых облаков

Физики выяснили, почему индийский телескоп GRAPES-3 гораздо чаще регистрирует признаки гроз в восточной части неба, чем в западной. Причина оказалась связана с магнитным полем Земли и свойствами частиц, возникающих при попадании космических лучей в атмосферу. Результаты помогают точнее исследовать электричество внутри грозовых облаков.

Как заглянуть внутрь грозы

Установка GRAPES-3 в индийском городе Ути создавалась для изучения космических лучей. Её мюонный телескоп площадью 560 квадратных метров ежедневно регистрирует около четырёх миллиардов мюонов — заряженных частиц с высокой проникающей способностью. Мюоны образуются в результате столкновений космических частиц с атомными ядрами в атмосфере.

Проходя через грозовое облако, они испытывают воздействие его электрического поля: в зависимости от знака заряда и направления поля частицы ускоряются или замедляются. Положительных мюонов в потоке больше, чем отрицательных, поэтому изменения не компенсируют друг друга полностью. Прибор замечает небольшие колебания общего потока, по которым учёные могут оценивать разность электрических потенциалов в облаке. Ранее этим способом исследователи получили оценку в 1,3 миллиарда вольт для одной из гроз. Это примерно в десять раз больше значений, которые прежде удавалось измерить непосредственно.

Почему телескоп чаще «видит» грозы на востоке

Новая работа объясняет необычную особенность наблюдений. С апреля 2011 года по декабрь 2020 года GRAPES-3 зарегистрировал 487 грозовых событий. Около 81,5% пришлось на восточную часть поля зрения, а 13,7% — на западную. Независимые измерения атмосферного электрического поля не показали сопоставимого перекоса в распределении реальных гроз.

Значит, объяснение следовало искать в чувствительности самого метода. Компьютерное моделирование показало, что магнитное поле Земли по-разному пропускает первичные космические частицы с разных направлений. В результате соотношение положительных и отрицательных мюонов меняется: на востоке избыток положительных частиц больше. Из-за этого одинаковое напряжение в облаке вызывает более заметный сигнал у телескопа. Когда в моделировании соотношение зарядов делали одинаковым для всех направлений, асимметрия исчезала.

Что это даёт учёным

Учёт этого эффекта важен для правильной интерпретации наблюдений. Различия в числе зарегистрированных событий сами по себе не означают, что восточные грозы чаще или мощнее западных. Метод позволяет исследовать облака с поверхности Земли. Частицы непрерывно проходят через атмосферу и несут информацию об электрических полях, которые трудно измерять приборами на самолётах и воздушных шарах.

• Низкий мужской голос усиливает впечатление силы, но не обязательно привлекательности
• Антарктический радар помог повысить точность прогнозов погоды в Южном полушарии
• Древняя стена может помочь установить, где зародился Париж
• Как мозг устраняет противоречия и создаёт единую картину увиденного
• Глобальное потепление нарушает многовековую климатическую связь между двумя океанами
• Под горами Юты обнаружили огромные запасы скрытого льда
• Ношение оружия почти в четыре раза повышает вероятность попытки самоубийства среди подростков
• Учёные нашли новую подсказку к происхождению Кровавого водопада в Антарктиде