Stupefacenti scariche elettriche dalle nubi verso la ionosfera

È noto che i fulmini, visti usualmente durante un temporale, sono scariche elettriche che avvengono fra il suolo, conduttivo, e le nuvole temporalesche cariche di elettricità. Meno noti sono i fulmini che si verificano nell’alta atmosfera, scoperti solo alla fine degli anni ’80 del secolo scorso.

di Carlo Scotto

Il fulmine è un fenomeno atmosferico che consiste in un’enorme scarica elettrica tra due corpi carichi. Questo fenomeno si può originare tra una nuvola ed il suolo, tra due nuvole o all’interno di una stessa nuvola.

Esistono, però, scariche elettriche che invece di scoccare fra la nuvola ed il suolo, sono dirette verso l’alto, scoccando fra le nuvole e la ionosfera, quella zona dell’atmosfera che comincia a 50 km di quota e che è in grado di condurre correnti elettriche come la superficie terrestre.

Fu il famoso fisico scozzese Charles Thomson Rees Wilson a predire, nel 1920, l’esistenza di questi portentosi fenomeni della natura, detti Transient Luminous Events (TLE). La loro osservazione era stata sporadicamente riportata da piloti di aeroplani, ma la loro esistenza non venne considerata reale fino al 1989, quando ve ne fu la prima evidenza fotografica nel corso di una missione dello Space Shuttle.

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Charles Thomson Rees Wilson, premio Nobel per la fisica nel 1927, è stato il primo a predire l’esistenza di gigantesche scariche elettriche fra le nuvole temporalesche e la ionosfera.  Il nome di Wilson è legato principalmente all’invenzione della camera a nebbia, strumento che consentì progressi importanti nel campo della fisica delle particelle elementari. Si tratta di un apparecchio contenente un gas saturato con vapore di un liquido, che permise di fotografare la traiettoria di particelle subatomiche dotate di carica elettrica, osservando la scia di goccioline che esse producevano nel loro passaggio attraverso il vapore.

I TLE assumono varie forme e natura. Essi sono relativamente rari: capitano con una frequenza pari a circa l’1% rispetto a quella dei fulmini comuni. I TLE possono essere suddivisi in sprite, jet ed ELVES.

Gli sprite

Gli sprite sono tra i più comuni: essi si presentano a grappoli e dànno luogo a una vasta gamma di forme con colori fra il rosso-arancio ed il blu-verde. Gli sprite rossi appaiono nell’alta atmosfera, generalmente da 50 a 100 km di quota, al di sopra dei sistemi temporalaleschi, con strutture contorte, che si estendono verso il basso, con forme simili ai tralci della vigna. Solitamente gli sprite sono associati a fulmini da nube a terra. Quando un fulmine colpisce il terreno trasferendovi una carica positiva, infatti, lascia l’apice della nuvola carico negativamente. Poi, se in questo apice si accumula abbastanza carica negativa, una scarica elettrica scocca verso la ionosfera sovrastante e dà luogo ad uno sprite rosso. È possibile vedere gli sprite rossi ad occhio nudo, ma speciali attrezzature video e fotografiche, abbinate a stazioni di osservazione in quota, aumentano la probabilità di osservare questi sfuggenti ed affascinanti  bagliori scarlatti.

I blue jet

A volte gli sprites vengono osservati subito dopo un particolare tipo di fulmine nube-ionosfera, detto blue jet. La prima osservazione di un blue jet risale al 21 ottobre 1989 quando venne ripreso in un video di un temporale dallo Space Shuttle in volo sopra l’Australia. I blu jet si verificano molto meno frequentemente degli sprite, tanto che, fino al 2007, ne erano state ottenute in totale meno di cento immagini. I blu jet si propagano verso l’alto, da sistemi temporalaschi attivi. Possono estendersi fino a 20 km sopra il vertice della nuvola temporalesca.  I blu jet non sono necessariamente associati a un fulmine nuvola-terra. I ricercatori hanno osservato che i blu jet durano solo un decimo di secondo, cosa che li rende difficili da vedere ad occhio nudo. Sussistono ancora diverse incertezze riguardo ai loro meccanismi di formazione.

Gli ELVES

Gli ELVES (Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources) sono impulsi elettromagnetici generati da fulmini. Sembrano bagliori a forma di ciambella che si espandono lateralmente fino a 300 km di altitudine. La ricerca atmosferica indica che gli ELVES sono il tipo più diffuso di TLE nell’atmosfera.

Inaspettati fenomeni luminosi transienti vengono scoperti ogni anno e la ricerca in questo settore promette di scoprire sempre nuovi, sfuggenti, fantasmi luminosi che popolano l’atmosfera sopra la nostra testa.

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Questa è la prima immagine di un grande complesso di scariche elettriche verso la ionosfera sopra un temporale. Essa è stata registrata il 9 luglio 1989 dall’Osservatorio O’ Brien dell’Università del Minnesota. L’evento è stato registrato casualmente con una videocamera speciale che veniva testata per poi volare su un razzo. Il lampo si è verificato in associazione con un complesso temporale attivo nel nord del Minnesota, più di 250 km a nord di O’Brien (fonte: The cloud–ionosphere discharge: A newly observed thunderstorm phenomenon, John R. Winckler).

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Una coppia di sprite, con la forma a medusa, fotografata sopra Oklaoma City il 26 maggio 2018 (Foto di Paul Smith, da Society for Interdisciplinary Studies)

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Uno sprite rosso con la classica forma a medusa osservato il 6 agosto 2013, sopra Canadian County, Okla (Foto di  Jason Ahrns).

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“È stata un’esperienza incredibile quella che ho vissuto attraverso i miei occhi…giganteschi jet sono stati catturati solo una volta e questa notte ho avuto la fortuna di vederne sei”. Così commentò il  fotografo Jeff Miles il 28 marzo 2017,  quando catturò l’immagine di questo blue jet nell’Australia occidentale (Foto di CATER NEWS Agency).

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Un ELVES fotografato il 2 aprile 2017 sopra un temporale da un astrofilo della Repubblica Ceca (Foto di Martin Popec).

 


In copertina foto di Jeff Miles