Молнии возникают, когда сильные электрические поля в грозовых облаках разгоняют электроны, которые сталкиваются с молекулами воздуха и создают рентгеновское излучение. К такому выводу пришли ученые из Университета штата Пенсильвания. Результаты исследования опубликованы в Journal of Geophysical Research: Atmospheres (JGRA).
Долгое время физики считали, что молнии представляют собой относительно простые электрические разряды, циркулирующие между грозовыми облаками и поверхностью Земли. Однако новое исследование показало, что это природное явление может возникать более сложным образом.
Ученые использовали математическую модель, чтобы объяснить, как в атмосфере появляются рентгеновские вспышки перед молнией. По их словам, все начинается с электронов, которые образуются под воздействием космических лучей.
Эти частицы разгоняются электрическими полями внутри грозовых облаков, сталкиваются с молекулами воздуха и производят рентгеновское излучение. Оно, в свою очередь, запускает цепную реакцию, которая в итоге приводит к молнии. Такое явление известно как земная гамма-вспышка.
«Наши результаты дают первое точное количественное объяснение того, как возникают молнии в природе», — отметил руководитель исследования, профессор Виктор Пасько.
Авторы сравнили данные модели с реальными наблюдениями — со спутников, с земли и с высотных самолетов. Это помогло понять, в каких условиях в облаках появляются всплески рентгена и радиосигналов — еще до самой молнии.
Как отметил профессор Пасько, такая цепная реакция может возникать в очень компактных областях пространства, подобных тем, где физики ранее фиксировали гамма-вспышки. Также при этом она способна протекать с очень разной силой, что объясняет, почему некоторые вспышки рентгена во время гроз не сопровождаются всплесками радиоволн или света.