Во время грозы небо работает как гигантская батарейка: в облаке копится электрический заряд, и разряд молнии его сбрасывает. Заряд этот невидим, но его чувствуют космические частицы — мюоны, которые постоянно сыплются на Землю из космоса. Пролетая сквозь заряженное облако, мюон слегка ускоряется или тормозится, и по этим изменениям можно судить о напряжении в облаке.
Телескоп GRAPES-3 в Индии десять лет записывал поток мюонов во время гроз. Выяснилось: с восточной стороны неба мюонов приходит почти в шесть раз больше, чем с западной. Причина не в самих облаках, а в том, что мюоны бывают двух сортов — положительные и отрицательные, и положительных в потоке больше. Магнитное поле Земли сильнее заворачивает положительные частицы, поэтому с востока их прилетает больше, и они лучше «чувствуют» заряженную верхушку грозового облака.
Учёные проверили эту картину компьютерным моделированием. Если убрать разницу между положительными и отрицательными мюонами, восточно-западная асимметрия исчезает. Значит, именно перекос зарядов делает восточные грозы «заметнее» для телескопа. Это первый случай, когда удалось напрямую связать заряд мюонов с направлением грозы.
Теперь мюонные телескопы можно использовать как чувствительные датчики электрических полей в атмосфере. Гроза, которую не видно глазом, всё равно выдаёт себя потоком частиц.
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.26112
The electric fields inside thunderstorms can significantly modify the intensity of secondary cosmic ray muons at the ground level, producing measurable variations in their intensity ($$\Delta$$I$$_{\mu}$$). By utilizing the decade-long observations of thunderstorms (April 2011-December 2020) by the GRAPES-3 muon telescope (G3MT), a directional asymmetry in $$\Delta$$I$$_{\mu}$$ is observed, with nearly six times more events being detected from the east than the west directions. Using detailed CORSIKA Monte Carlo simulations, it is shown that this asymmetry is caused by the variations of the muon charge ratio R$$_\mu$$ (N$$_{\mu^+}$$/N$$_{\mu^-}$$). The anisotropic R$$_\mu$$ in turn, is caused by the systematic changes in geomagnetic cutoff rigidities, and subsequent selective filtering of predominantly positively charged primary cosmic rays. As a consequence, the R$$_\mu$$ increases systematically from west to east across the G3MT field of view, enhancing the sensitivity of east directions to positively charged thunderstorm top. Monte Carlo simulations with constant R$$_\mu$$ show that the directional asymmetry disappears, demonstrating the muon charge imbalance to be the dominant driver of the observed asymmetry. The dependence of R$$_\mu$$ on the hadronic interaction is also studied by comparing seven combinations high-, and low-energy hadronic interaction generators, which show a $$\lesssim$$7% spread in R$$_\mu$$, and $$\lesssim$$14% variation in the derived thunderstorm potentials. These results provide the first quantitative link between the muon charge asymmetry caused by the geomagnetic field, and the directional distribution of thunderstorms, reinforcing the role of muon observations as a probe of gigavolt potentials in atmospheric electrical structures.
Мюоны рождаются в верхних слоях атмосферы, когда космические лучи сталкиваются с ядрами воздуха. За одну секунду через ладонь человека пролетает примерно один мюон.
В романе Станислава Лема «Солярис» океан планеты управляет гравитацией, чтобы влиять на орбиту станции. Здесь гроза управляет потоком частиц — похожий мотив невидимого воздействия.