Блискавка. Це слово миттєво викликає в уяві картину грандіозного, лякаючого і водночас чарівного природного явища. Споконвіку зигзаги світла, що розривають грозове небо, розбурхували уми людей, породжуючи міфи і стаючи об’єктом перших наукових пошуків. Але навіть сьогодні, у вік просунутих технологій, цей вогненний небесний танець зберігає чимало секретів. Нещодавнє дослідження японських вчених з Університету Осаки, опубліковане в престижному журналі Science Advances, відкрило завісу над однією з найбільш інтригуючих загадок блискавки — її здатністю генерувати гамма-випромінювання, найенергетичніші фотони у Всесвіті. Звучить майже як наукова фантастика, чи не так? Гамма-промені… із Землі? Космічний гість у нашій атмосфері Для початку, що таке гамма-промені? Уявіть собі весь спектр електромагнітного випромінювання — від радіохвиль до видимого світла та рентгенівських променів. Гамма-промені знаходяться на самому його краю, маючи колосальну енергію. Зазвичай ми пов’язуємо їх з космічними катаклізмами: вибухами наднових зірок, активністю чорних дірок або зіткненнями нейтронних зірок. Це процеси, де вивільняються такі обсяги енергії, які важко навіть уявити. І ось, виявляється, щось подібне, хай і в менших масштабах, відбувається прямо в нас над головами, під час звичайної грози. Ці земні гамма-спалахи (ЗГВ, або англійською TGF — Terrestrial Gamma-ray Flashes) — явище відносно молоде для науки. Гіпотеза у тому, що блискавки може бути їх джерелом, існувала давно. Передбачалося, що потужні електричні поля в грозових хмарах здатні розганяти електрони до світлових швидкостей. Ці релятивістські електрони, зіштовхуючись із молекулами повітря, мають породжувати гамма-кванты. Однак упіймати цей момент «за руку» було неймовірно складно. Чому? Та тому, що вся ця феєрія триває якісь мізерні частки секунди — десятки мікросекунд! Це як намагатись сфотографувати кулю в польоті за допомогою старовинного фотоапарата. Полювання на примарний спалах: як це було зроблено Саме тут на сцену виходять дослідники з Університету Осаки . Вони не просто підтвердили стару гіпотезу, а й уперше у світі змогли детально зафіксувати сам процес народження ЗГВ, синхронізувавши його з розвитком блискавичного розряду. Для цього в місті Канадзава, відомому своїми інтенсивними зимовими грозами, було розгорнуто цілу мережу високотехнологічних датчиків. Це був справжній мультисенсорний оркестр, що грає на частотах оптичного, радіохвильового та, звичайно ж, високоенергетичного гамма-випромінювання. Що вони побачили? Картина виявилася захоплюючою. Вчені спостерігали за формуванням блискавки між грозовою хмарою та наземною передаючою вежею. Як відомо, блискавка не б’є одразу єдиним каналом. Їй передує розвиток так званих лідерів — каналів, що слабо світяться, іонізованого повітря. В цьому випадку спостерігалося два таких лідери: один спускався з хмари вниз, а інший йому назустріч піднімався від вишки. Це схоже на два електричні «щупальці», що тягнуться один до одного. І ось тут, у точці їх максимального зближення, але ще до фактичного замикання ланцюга та основного, сліпучого удару блискавки, прилади зафіксували той самий земний гамма-спалах. Це ключовий момент! Виявляється, саме цієї передгрозової миті, коли лідери майже стикнулися, створюється неймовірно концентроване електричне поле. Воно і працює як природний прискорювач частинок, розганяючи вільні електрони в повітрі до швидкостей, близьких до швидкості світла. Мікросекунди, які все вирішили Цифри, отримані японськими вченими, вражають своєю точністю і значущістю. Перший гамма-фотон був зареєстрований за 31 мікросекунду до того, як лідери зустрілися. Що це означає?А те, що тепер ми набагато краще розуміємо, коли і як народжуються ці загадкові ЗГВ. екстремальні процеси… дозволяє нам глибше зрозуміти високоенергетичні явища, які в атмосфері Землі». Здавалося б, ну, гамма-промені від блискавок, ну, гарно, фізики раді. Яке це має відношення до нас із вами? Найпряміше! По-перше, це фундаментальне знання. Розуміння таких процесів розширює наші горизонти пізнання природи. Ми, що Земля здатна такі «космічні» спецефекти. Це допомагає уточнити моделі розвитку блискавок, зрозуміти динаміку їхніх лідерів, можливо навіть розібратися в таких тонких механізмах, як «тепловий розгін» або «релятивістський зворотний зв’язок» — це коли розігнані частинки самі починають впливати на поле, ще більше його посилюючи. По-друге, є цілком практичний аспект. Гамма-випромінювання – це все-таки радіація. Хоча дози від ЗГВ, що досягають поверхні Землі, невеликі для авіації, особливо для бортової електроніки, це може представляти певний інтерес. А головне, детальне розуміння всіх етапів розвитку блискавки, включаючи ці високоенергетичні провісники, може допомогти у розробці більш досконалих систем захисту від блискавки для будівель, ліній електропередач та іншої критично важливої ​​інфраструктури. Адже якщо ми знаємо, що перед ударом відбувається щось особливе, можливо, ми зможемо це щось детектувати і вживати превентивних заходів. Як зазначає Харуфумі Цутія, старший автор роботи, «хоча деякі загадки ще залишаються, цей метод наблизив нас до розуміння механізму цих дивовижних сплесків випромінювання». Отже, що ми маємо? Загадка, що мучила вчених десятиліттями, почала піддаватися. Блискавка, цей стародавній символ сили і таємниці, виявляється, здатна набагато більше, ніж ми думали. Вона не просто висвітлює небо і гримить, вона — природний прискорювач частинок, що породжує найенергетичніше потужне випромінювання у Всесвіті. І кожне таке відкриття, як робота японських дослідників, як відповідає на старі питання, а й, як і завжди буває у науці, ставить нові, ще цікавіші. І це чудово, адже саме цікавість рухає прогрес. А ви знали, що звичайна гроза може бути такою… космічною? Тепер знаєте.