Spiritelli rossi e fantasmi verdi nell’alta atmosfera terrestre

Spesso i nomi con cui vengono battezzati eventi mai osservati prima sono piuttosto fantasiosi. E’ questo il caso dell’atmosfera terrestre dove è possibile osservare  “aloni”, “jet”, “troll”, “elfi”, “folletti” “spiritelli rossi” e “fantasmi verdi”. Fenomeni questi scoperti solo di recente e la cui natura al momento non è ancora del tutto nota

di Fabio Giannattasio

Il 25 Maggio 2019 il cacciatore di tempeste texano Hank Schyma stava osservando e riprendendo una tempesta in Oklahoma, alla sommità della quale sperava di immortalare fenomeni luminosi noti come “spiritelli rossi” (dall’inglese red sprites) dal colore caratteristico e che compaiono per un momento, come fulmini, sopra le nuvole.

Gli spiritelli rossi… 

Noti da molto tempo, predetti teoricamente negli anni ‘20 del secolo scorso e fotografati per la prima volta nel Luglio del 1989, gli sprite sono fenomeni luminosi di grande estensione che si verificano in cima alle nubi tempestose, i  cumulonembi, e si propagano verso l’alto.

Solitamente hanno un colore rosso-arancio o verde-blu e si presentano in gruppo allungandosi dalla cima della tempesta fino ad un’altezza dai 50 ai 90 km circa sulla superficie terrestre.

… e i fantasmi verdi

Quando in quel Maggio del 2019 il signor Schyma si trovò ad analizzare quanto registrato dalla sua strumentazione, notò anche uno strano bagliore verde proprio sulla sommità di alcuni tra gli spiritelli rossi più estesi che aveva immortalato. Si tratta dei cosiddetti “fantasmi verdi” (green ghost).

Schyma ed il collega fotografo Paul Smith iniziarono a mostrare le loro osservazioni alla comunità scientifica. Dapprima non solo gli scienziati a cui si rivolsero non furono in grado di identificare il fenomeno, ma alcuni lo attribuirono ad artefatti della camera utilizzata per le riprese. Nelle settimane che seguirono, il signor Smith catturò numerosi altri eventi con la sua camera ad alta risoluzione, riuscendo infine a sconfiggere lo scetticismo sulla scoperta di un nuovo fenomeno.

Ancora oggi non è del tutto chiaro quale sia la causa della generazione di questi misteriosi bagliori verdi. Probabilmente è dovuto ad un processo di eccitazione dell’ossigeno e immediato rilassamento, come accade per le aurore polari. Questo meccanismo è, tra l’altro, quello che dà proprio il nome a questi fenomeni (Green emission from excited Oxygen in Sprite Tops).

I Transient Luminous Events (TLEs)

Gli spiritelli rossi e i fantasmi verdi rientrano in una categoria più ampia di eventi (i cosiddetti eventi luminosi transienti, in inglese Transient Luminous Events, TLEs) che si verificano in concomitanza di grosse tempeste. Sono emissioni di luce dovute all’istaurarsi di forti campi elettrici che accelerano elettroni dalla parte superiore delle nubi fono alla ionosfera. In pratica, a differenza dei temporali in cui scariche elettriche scoccano tra la nube ed il suolo – dando luogo ai fulmini che conosciamo, i TLE sono diretti verso l’alto, tra le nubi e la ionosfera. Quest’ultima è quella zona dell’atmosfera che comincia a 50 km di quota e che è sede di cariche elettriche. I TLE sono spesso sono stati imputati come responsabili di incidenti non spiegabili altrimenti, che hanno coinvolto strumenti in volo sopra intense tempeste. Uno degli esempi più famosi è la perdita della strumentazione di bordo di un pallone stratosferico della NASA lanciato dal Texas il 6 Giugno 1989 che stava sorvolando una tempesta ad un’altezza di circa 40 km dal suolo. Mesi dopo l’episodio fu suggerito che l’incidente poteva essere stato provocato da una sorta di fulmine che si è propagato verso l’alto a partire dai cumulonembi. Soltanto nei primi anni ‘90, quando il termine sprites è stato coniato, ad essi si è effettivamente attribuito questo e altri disastri.

I TLE sono dunque fenomeni atmosferici dai nomi piuttosto particolari:

• Jet blu (blue jet) Fenomeno ottico documentato per la prima volta nel 1994 che consiste in espulsioni dalla sommità delle regioni elettricamente attive della tempesta verso l’alto in fasci di energia abbastanza stretti fino ad una altezza di circa 40-50 km. Hanno una durata di una ventina di qualche decimo di secondo.
• Jet giganti (gigantic jet) Documentati per la prima volta nel Luglio del 2002 sono simili agli spiritelli rossi ma si propagano verso l’alto dalle tempeste oceaniche e non sono associate a fulminazione nubi-suolo.
• Starters Differiscono dai jet poiché sono più brillanti ma meno estesi in altezza. Arrivando fino a circa 19 km di altezza.
• Elfi (elves) Sono dischi luminosi che si espandono rapidamente fino ad un diametro di circa 500 km. Durano meno di un millesimo di secondo e si verificano con maggiore probabilità quando un impulso elettromagnetico energetico si propaga in ionosfera. Sono stati predetti nel 1991 e immortalati dallo Space Shuttle nel 1992. Il loro acronimo sta per Emission of Light and Very low frequency perturbations due to Electromagnetic pulse Sources.
• Aloni (halo) Sono stati confusi con gli Elfi fino al 1999, ma in realtà sono manifestazione di un diverso fenomeno. Si tratta di dischi di bagliore diffuso che sembrano precedere gli spiritelli rossi e si propagano verso il basso da circa 85 km a circa 70 km.
• Trolls Osservati recentemente, sembrano jet blu, ma sono di colore rosso e sembrano verificarsi in concomitanza di intensi spiritelli rossi ed estendersi verso il basso fino alla sommità delle nubi.
• Gnomi (gnomes). Sono una diversa manifestazione degli starter e appaiono più compatti.
• Folletti (pixies). Punti luminosi della durata inferiore ai 16 millisecondi e la cui presenza è legata a quella degli gnomi.

Schema di alcuni degli eventi luminosi transienti (Transient Luminous Events, TLEs) associati alle tempeste. Crediti: NASA.

I TLE sono osservabili anche in Italia?

A differenza di fenomeni come le aurore polari, che sono osservabili tipicamente ad alte latitudini, i TLE possono essere osservati ovunque, anche in Italia.

Lo scorso 27 Marzo, il fotografo naturalista trevigiano Valter Binotto, che caccia TLE dal 2019 e ne ha osservati centinaia, è riuscito a catturare da Possagno (un comune ai piedi del massiccio del Grappa, nelle prealpi venete) un gigantesco anello di luce rossa, un elfo. Si è trattata di una vera e propria impresa, il tempo si è fermato proprio nei millesimi di secondo in cui il fenomeno è visibile per regalarci quella che è ritenuta come la miglior foto di un elfo che sia mai stata realizzata da Terra (la foto copertina di questo post). Secondo le stime del signor Binotto la struttura immortalata dovrebbe essere centrata in corrispondenza di un temporale che ha avuto luogo lungo la costa anconetana, ad una quota di circa 100 km e avere un’estensione di circa 360 km, dal centro Italia fino alle coste della Croazia, dal delta del Po fino a Sud di Pescara.

Gli spettacolari fenomeni di cui abbiamo parlato hanno una storia documentata abbastanza recente,  e in molti casi ancora non sono ben chiari i meccanismi che li originano. E quali nomi migliori per processi dalla natura ancora così misteriosa?