ИСТИНА

В последние два десятилетия большое внимание уделялось исследованию атмосферных вспышек гамма излучения, так называемым TGFs (terrestrial gamma-ray flashes), которые иногда наблюдались на низкоорбитальных спутниках над активными грозовыми образованиями [1]. Объяснение физических механизмов генерации TGFs и идентификация местоположения в атмосфере источника вспышек гамма излучения  пока ещё не до конца решённые проблемы. Из-за сложности основных электродинамических и транспортных уравнений, описывающих TGF, для моделирования этого явления обычно используются численные методы, такие как метод Монте Карло [2]. В данной работе, в отличие от предыдущих численных моделирований, используются аналитические решения, полученные в рамках простой модели точечного источника гамма излучения, находящегося в вертикально неоднородной атмосфере. В модели предполагается, что распределение гамма-квантов по энергии определяется спектром тормозного излучения, вызванного лавиной релятивистских убегающих электронов в сильном электрическом поле. Предполагается также, что поглощение энергии квантов с энергиями в диапазоне от 25 кэВ до 20 МэВ в атмосфере вызвано фотоэлектрическим эффектом, комптоновским рассеянием и образованием электрон-позитронных пар, но при этом не учитываются изменения траекторий гамма квантов, вызванных их столкновениями. Средняя длина свободного пробега квантов в атмосфере задаётся в виде функции их энергий и высоты, на которой они образуются. В работе показано, что пространственно-временное распределение плотности потока и флюенса гамма-квантов на орбите спутника очень сильно зависит от высоты источника TGF из-за экспоненциальной зависимости от высоты. Эта тенденция особенно заметна для небольших высот, сравнимых с вертикальным масштабом изменения плотности атмосферы. Кроме того, вертикальная неоднородность атмосферы влияет на угловое распределение потока квантов таким образом, что гамма излучение, в основном, направлено в вертикальный конус с углом полураствора или даже меньше. Наилучшее согласие теории с данными спутниковых измерений получено при условии, что полное число испущенных источником гамма-квантов 1017, а высота источника TGF составляет км. Этот результат согласуется с данными наблюдений [3], из которых следует, что источником TGF может быть отрицательный лидер интенсивного внутриоблачного разряда, который начинается на высоте около 10 км, а затем развивается вверх. Отмечено, что вспышка TGF на указанных выше высотах должна сопровождаться возникновением потока гамма-квантов, направленных вниз к земле. Из представленной выше модели следует, что несмотря на сильное поглощение потока гамма-квантов в плотных слоях нижней атмосферы, он может быть обнаружен на земле в радиусе км от вертикальной оси, на которой расположен источник. Недавно такой поток гамма-квантов был впервые измерен на расстояниях км от молнии одновременно со вспышкой TGF, зафиксированной на спутнике [4]. 1. Fishman G.J. et al. // Science, V. 264(5163). P. 1313. 2. Carlson B.E., Lehtinen N.G., Inan U.S. // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. P. A10324 3. Cummer S.A. et al. // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 7792. 4. Belz J.W et al. // J. Geophys. Res. Atmos. 2020. V. 125(23).