Хотя механизм образования молнии в целом известен науке, конкретные атмосферные процессы, приводящие к её возникновению в грозовых облаках, долгое время оставались неясными. Группа исследователей под руководством Виктора Паско, профессора электротехники Пенсильванского университета, возможно, нашла ответ, обнаружив цепную реакцию, которая служит спусковым крючком для этого природного явления. В своем исследовании учёные описали, как сильные электрические поля в грозовых облаках ускоряют электроны. Эти частицы сталкиваются с молекулами азота и кислорода, генерируя рентгеновское излучение и запуская каскад вторичных электронов и высокоэнергетических фотонов.
Используя математическое моделирование, команда объяснила результаты полевых наблюдений за фотоэлектрическими явлениями в атмосфере. Речь идёт о релятивистских электронах, которые попадают в атмосферу под воздействием космических лучей, умножаются в электрических полях во время грозы и испускают короткие вспышки высокоэнергетических фотонов. Это явление, известное как земная гамма-вспышка, включает рентгеновское и радиоизлучение. Предлагаемая модель не только объясняет происхождение рентгеновских и радиосигналов в грозовых облаках, но и показывает, как ускоренные электроны создают лавину, приводящую к молнии.
Исследователи также раскрыли причину, по которой наземные гамма-всплески иногда происходят без сопутствующих световых вспышек и радиосигналов, типичных для молний. «Рентгеновское излучение от электронных лавин может порождать новые электроны через фотоэффект, — объяснил Паско. — Эта цепная реакция часто протекает в ограниченных объёмах, создавая гамма-всплески без заметного оптического или радиоизлучения».
Тем временем в Японии научились укрощать молнию.