Fulmini, fondali oceanici, nuvole e Marte

C’è una cosa che accomuna i fulmini, le nubi e gli abissi oceanici terrestri: conosciamo meglio la superficie di Marte e della Luna di quanto non si conoscano i fondali oceanici, il meccanismo che sta dietro la formazione delle nubi e il fenomeno dei fulmini.
Pressioni estreme al limite della nostra tecnologia e relativi costi esosi limitano la nostra capacità di indagare senza problemi gli abissi qui sulla terra.

Come giustifichiamo però la nostra difficoltà di comprendere a pieno gli eventi atmosferici sopra citati?

I fulmini, come le nubi, sono fenomeni che ancora non riusciamo a spiegare scientificamente nonostante siano sotto al nostro naso e siano ormai stati descritti approfonditamente.

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 Osservazioni compiute, a partire dagli anni novanta, mediante l’uso di telescopi spaziali (come ad esempio Compton Gamma Ray Observatory, lanciato nel 1990), hanno rivelato l’inaspettata emissione di radiazione elettromagnetica a più alta energia, fin nello spettro dei raggi gamma: i cosiddetti Terrestrial Gamma Ray Flash (TGFs). Queste osservazioni hanno rivelato l’esistenza di un fenomeno inatteso e piuttosto inspiegabile, specialmente quando si sono scoperti i segni evidenti della produzione di antimateria.
Gli impulsi di raggi gamma che sono stati osservati nel corso degli ultimi trent’anni hanno una durata molto variabile, da meno di un millisecondo ad alcuni minuti. Quale che sia lo loro durata, si ritiene che la loro emissione avvenga quando le particelle cariche presenti nelle nubi sono accelerate dagli enormi campi elettrici che si vanno accumulando nella formazione temporalesca. Tuttavia, l’esatto meccanismo di formazione non è ancora chiaro.
Secondo le nostre conoscenze la scarica del fulmine sarebbe generata dalle particelle negative delle nuvole che vengono attratte dalle particelle positive presenti nel suolo. Sono state studiate varie cause che includono le perturbazioni atmosferiche (vento, umidità, attrito e pressione atmosferica), ma anche l’impatto di particelle ad alta energia provenienti dal vento solare, l’accumulo di particelle solari e le radiazioni extra-solari.
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Ricostruzione di un’emissione temporalesca di raggi gamma (in rosso). Nel corso di questi eventi vengono emessi anche elettroni (in giallo) e, in misura minore, positroni. (Cortesia NASA/Goddard Space Flight Center/J. Dwyer, Florida Inst. of Technology).
Anche le particelle di ghiaccio all’interno della nuvola sono ritenute essere un elemento fondamentale nello sviluppo dei fulmini, in quanto possono provocare la separazione forzata delle particelle con cariche positive e negative, contribuendo così all’innesco della scarica elettrica.
L’espansione del canale ionizzato genera anche un’onda d’urto rumorosissima, il tuono.
L’attività luminosa connessa alla scarica di un fulmine è invece denominata lampo. Un osservatore distante vede il lampo sensibilmente prima di sentire il tuono, poiché il suono viaggia a velocità molto inferiore a quella della luce (340 m/s circa contro 300.000 km/s) e quindi percepirà un ritardo di circa tre secondi per ogni chilometro di distanza dal fulmine.L’intensità della corrente elettrica di un fulmine varia tipicamente tra i 10 e i 200 kiloampere.
Generalmente si descrive il fulmine come una singola scarica, ma sono molto frequenti i casi in cui si verificano una serie di scariche in rapida successione. Tipicamente l’intervallo di tempo tra una scarica e l’altra può oscillare tra i 5 e i 500 millisecondi, e la serie nel complesso può durare anche 1,5 secondi.
Le condizioni ideali per lo sviluppo di fulmini sono i cumulonembi tipici dei fenomeni temporaleschi, ma sono stati osservati fulmini anche durante tempeste di sabbia, bufere di neve e nelle nuvole di cenere vulcanica.
                                                                           Etna in eruzione
Etna in eruzione

 Un’altro fenomeno importante da approfondire legato ai fenomeni temporaleschi sono i così detti Red Sprites.

 

Molto in alto, al limitare del confine tra lo Spazio e ciò che possiamo ancora chiamare Terra, si formano strani fulmini che si accendono per pochi millesimi di secondo: i ricercatori li chiamano spettri rossi. Generalmente appaiono infatti rossi e tendono a formarsi a grappoli. Anche se vengono osservati da più di un secolo, gli sprite non erano considerati reali fino al 1989, quando vennero fotografati nel corso di una missione dello Space Shuttle.

Da quel momento si è aperta la caccia a questo tipo di fulmini e gli esperti sono oggi in grado di “catturare l’istante” grazie a nuovi sistemi automatici di scatto. Poiché sono fulmini – si ritiene – la loro comparsa coincida con la stagione dei temporali, che per il nostro emisfero è il periodo che va dalla primavera a tarda estate.

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Red Sprites visti dalla ISS
C’è ancora molto da indagare, anche davanti ai nostri occhi.
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