Телескоп GRAPES-3, созданный для изучения частиц из космоса, оказался полезен для исследования гроз. Ученые выяснили, почему прибор гораздо чаще фиксировал грозовые явления с востока, чем с запада, и показали, что причина связана не с погодой, а с магнитным полем Земли.
GRAPES-3 находится в индийском городе Ути. Его мюонный телескоп площадью 560 кв.м ежедневно регистрирует около четырех миллиардов мюонов — частиц, которые образуются в атмосфере, когда космические лучи сталкиваются с атомами воздуха.
Эти частицы проходят через атмосферу и достигают поверхности Земли. Благодаря этому ученые могут наблюдать за ними с помощью наземного оборудования. Оказалось, что мюоны позволяют получать информацию не только о космических лучах, но и о грозах.
Внутри грозовых облаков разделяются электрические заряды, из-за чего возникают сильные электрические поля. Когда мюоны проходят через такую область, поле воздействует на положительно и отрицательно заряженные частицы по-разному. Поскольку положительных мюонов в потоке немного больше, это приводит к небольшому изменению количества частиц, которые регистрирует телескоп.
По такому изменению ученые могут оценивать электрический потенциал внутри грозового облака. В предыдущем исследовании команда GRAPES-3 зафиксировала во время грозы потенциал в 1,3 гигавольта. Это намного выше примерно 130 миллионов вольт, которые удавалось получить при прямых измерениях.
Новое исследование было посвящено другой загадке. С апреля 2011 года по декабрь 2020 года телескоп зарегистрировал 487 грозовых явлений. При этом 81,5% пришлись на восточную часть его поля зрения и только 13,7% — на западную.
Исследователи проверили, не связано ли это с тем, что грозы действительно чаще возникают на востоке. Независимые измерения показали, что такой разницы в грозовой активности нет.
Причину удалось найти с помощью компьютерного моделирования. Магнитное поле Земли по-разному влияет на космические лучи, приходящие с востока и запада. Из-за этого меняется соотношение положительных и отрицательных мюонов, которые достигают телескопа.
В результате GRAPES-3 становится более чувствительным к электрическому воздействию гроз при наблюдении с восточного направления. Поэтому большое количество «восточных» гроз в данных телескопа не означает, что они там происходят чаще или имеют более сильные электрические поля.
Результат важен для дальнейшего использования космических частиц в изучении гроз. В отличие от прямых измерений с самолетов или метеозондов, мюоны постоянно проходят через атмосферу, поэтому наблюдать за изменениями в грозовых облаках можно с поверхности Земли.
Читайте также:
Российские физики предложили квантовый механизм передачи информации в клетке
Мощный лазер впервые сфотографировал объекты сквозь два метра бетона
Бумажные обои поглощают влагу из воздуха и вырабатывают электричество