Preliminary Results of Searches for Long-Term Microwave Radiation of a Thunderstorm Atmosphere at a Wavelength of 1.35 cm

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Measurement of non-thermal radiation is currently one of the directions of remote sensing of the Earth. Powerful electromagnetic radiation of the atmosphere, initiated by cosmic rays, in the range from low frequencies to the gamma range, has recently been discovered here. Of particular interest is the study of such radiation in the microwave range, where the technique of aerospace research is well developed. This paper presents the results of joint measurements of microwave and gamma radiation of the atmosphere during thunderstorms in the summer of 2022 in Transbaikalia. The aim of the study was to search for relatively long (up to several minutes) electromagnetic radiation near the frequency of 22.2 GHz on the line of the rotational spectrum of water vapor molecules. It was assumed that such a feature could arise due to the appearance of avalanches of escaping electrons generated by cosmic rays. In this process, in addition to the braking gamma radiation, the gas medium is excited, which can cause its superradiance in the microwave range. In the case of strong electrification in fields with a voltage above 0.284 MV/m, a unique phenomenon may occur - a self-sustaining photonuclear reaction in the lower atmosphere in thunderclouds. In this process, the electromagnetic glow can last from units to tens of minutes. In the performed study, several episodes of increasing radiation intensity in the microwave range were detected, accompanied by gamma-ray pulses in a thunderstorm atmosphere. The glow detected in the experiment can be explained by local electrical discharges with increasing electrification of clouds. Another explanation is the occurrence of a self-sustaining photonuclear reaction that creates a large volume of excited gas. The ways of improving the microwave measurement technique for recording high-energy phenomena in the lower atmosphere at a great distance from the measuring equipment, where gamma rays are not recorded, using the satellite are discussed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. S. Bordonskiy

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lgc255@mail.ru
Russian Federation, Chita

A. A. Gurulev

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lgc255@mail.ru
Russian Federation, Chita

A. O. Orlov

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lgc255@mail.ru
Russian Federation, Chita

References

  1. Antonova V. P., Vildanova L. I., Gurevich A. V., Zybin K. P., Karashtin A. N., Kryukov S. V., Ryabov V. A., et al. Izuchenie vzaimosvyazi processov v grozovoy atmosphery s vysokoenergichnymi kosmicheskimi luchami na Tyan'-Shan'skom eksperimental'nom komplekse “Groza” [Studying the relationship of processes in a thunderstorm atmosphery with high-energy cosmic rays at the Tien Shan Experimental Complex “Groza”] // Journal of Technical Physics. 2007. Vol. 77. Issue 11. P. 109–114. (In Russian).
  2. Attenuation by atmospheric gases and related effects. Recommendation ITU-R P. 676–12 (08/2019) // www.itu.int. 23.02.2022. 31 p. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.676-12-201908-S!!PDF-E.pdf.
  3. Babich L. P. Grozovye neitrony [Thunderstorm neutrons] // UFN. 2019. V. 189. № 10. P. 1044–1069. (In Russian). doi: 10.3367/UFNr.2018.12.038501.
  4. Bogomolov V. V., Iyudin A. F., Maximov I. A., Panasyuk M. I., Svertilov S. I. Comment on “Long lasting low energy thunderstorm ground enhancements and possible Rn-222 daughter isotopes contamination” // Phys. Rev. D. 2019. V. 99. № 10. P. 108101. doi: 10.1103/PhysRevD.99.108101.
  5. Bordonskiy G. S. Vozmozhnye mekhanizmy anomal'nykh elektromagnitnykh izluchenii atmosfery Zemli, vyzvannye kosmicheskimi luchami [Possible Mechanisms of Anomalous Electromagnetic Radiation in the Earth’s Atmosphere] // Issled. Zemli iz kosmosa. 2020. № 4. P. 63–73. (In Russian). doi: 10.31857/S020596142004003X.
  6. Dwyer J. R., Smith D. M., Cummer S. A. High-Energy Atmospheric Physics: Terrestrial Gamma-Ray Flashes and Related Phenomena // Space Sci. Rev. 2012. V. 173. № 1–4. P. 133–196. doi: 10.1007/s11214-012-9894-0.
  7. Enoto T., Wada Y., Furuta Y., Nakazawa K., Yuasa T., Okuda K., Makishima K., et al. Photonuclear reactions triggered by lightning discharge // Nature. 2017. V. 551. № 7681. P. 481–484. doi: 10.1038/nature24630.
  8. Neubert T., Ostgaard N., Reglero V., Blanc E., Chanrion O., Oxborrow C. A., Orr A., et al. The ASIM Mission on the International space station // Space Sci. Rev. 2019. P. 215–226. doi: 10.1007/s11214–019–0592-z.
  9. Gurevich A. V., Zybin K. P. Proboi na ubegayushchikh elektronakh i elektricheskie razryady vo vremya grozy [Runaway breakdown and electric discharges in thunderstorms] // UFN. 2001. V. 171. № 11. P. 1177–1199. (In Russian). doi: 10.3367/UFNr.0171.200111b.1177.
  10. Kapitsa P. L. O prirode sharovoi molnii [On the nature of ball lightning] // Eksperiment. Teoriya. Praktika. Moscow: Nauka, 1981. P. 64–71. (In Russian).
  11. Men'shikov L. I. Sverkhizluchenie i nekotorye rodstvennye yavleniya [Superradiance and related phenomena] // UFN. 1999. V. 169. № 2. P. 113–154. (In Russian). doi: 10.3367/UFNr.0169.199902a.0113.
  12. Wada Y., Enoto T., Nakamura Y., Furuta Y., Yuasa T., Nakazawa K., Morimoto T., et al. Gamma-ray glow preceding downward terrestrial gamma-ray flash // Commun. Phys. 2019. V. 2. P. 67. doi: 10.1038/s42005-019-0168-y.
  13. Wada Y., Matsumoto T., Enoto T., Nakazawa K., Yuasa T., Furuta Y., Yonetoku D., et al. Catalog of gamma-ray glows during four winter seasons in Japan // Phys. Rev. Research. 2021. V. 3. № 4. P. 043117. doi: 10.1103/PhysRevResearch.3.043117.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Diagram of the installation for recording the expected electromagnetic radiation during photonuclear reactions. 1 – low–frequency lightning discharge recorder; 2, 3 - microwave radio meters; 4 – gamma dosimeter.

Download (75KB)
3. Fig. 2. a – recording of the intensity of microwave radiation and the pulse of gamma radiation (in units of voltage at the output of the devices) on the night of August 3 to 4, 2022 in Chita, b - a graph for a selected area with powerful gamma radiation (γ).

Download (158KB)
4. Fig. 3. Recording the intensity of the microwave radiation and the pulse of gamma radiation at night from 2 to 3 August 2022 in Chita: a – for a wavelength of 1.35 cm; b – for a wavelength of 2.3 cm; c – an increment of the signal by 1.35 cm caused by high-energy events in the atmosphere (in units of voltage at the output of the radiometer).

Download (323KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».