Meduse cosmiche: le scariche segrete del cielo

Per secoli, le persone hanno segnalato strani lampi ben al di sopra dei temporali. Descrivevano luci fugaci e colorate, spesso a forma di enormi meduse o carote. Gli scienziati hanno per lo più bollato questi racconti come folklore, illusioni ottiche o addirittura pure invenzioni. La mole di questi avvistamenti storici, registrati in diverse culture, sembrava troppo coerente per essere ignorata. La posizione ufficiale, però, non combaciava con le voci insistenti.

Questi misteriosi fenomeni hanno un nome scientifico: sprites. Non si tratta di fulmini comuni. Si tratta invece di una scarica elettrica unica, che si manifesta ben al di sopra dei cumulonembi. Gli sprites appartengono a una categoria più ampia, denominata Eventi Luminosi Transitori (TLEs). Appaiono nella mesosfera e nella ionosfera inferiore, tra i 50 e i 90 chilometri al di sopra della superficie terrestre. Si trovano ben al di sopra degli aerei commerciali e delle tipiche nubi temporalesche.

Gli scienziati rimasero scettici per molto tempo. Ai ricercatori mancavano prove chiare e ripetibili. Gli eventi erano troppo brevi e si verificavano a un’altitudine troppo elevata per essere studiati facilmente. Per decenni, la comunità scientifica ha esitato ad accettarne l’esistenza. Molti pensavano che questi fenomeni fossero estremamente rari, ma i ricercatori rimasero sorpresi nello scoprire quanto fossero in realtà comuni.

Primi incontri: il bagliore sfuggente

Il 26 giugno 1989, un team dell’Università del Minnesota fece una scoperta accidentale. Stavano testando una nuova videocamera ad alta sensibilità per il lancio di un razzo. Il loro obiettivo era a circa 483 chilometri (300 miglia) di distanza, puntato su una porzione di cielo sereno. Invece, catturarono un lampo di luce verso l’alto, che si estendeva molto al di sopra di un lontano temporale. Il dottor John R. Winkler, un membro del team, descrisse in seguito il filmato. Mostrava due colonne luminose che si estendevano dalla sommità delle nuvole.

Questa fu la prima prova fotografica di ciò che ora chiamiamo sprite. Molti scienziati reagirono con incredulità. Alcuni suggerirono che fosse solo un riflesso o un artefatto fotografico. Altri pensavano che il team avesse semplicemente catturato un insolito fulmine. L’idea di un’attività elettrica che si spingesse a quote così elevate nell’atmosfera sembrava troppo fantastica.

Il professor Davis Sentman dell’Università dell’Alaska Fairbanks fu uno dei pochi che prese sul serio le prime osservazioni. Dedicò la sua carriera allo studio di questi eventi. Sentman coniò il termine “sprite” all’inizio degli anni ‘90. Questo nome si adattava alla loro qualità sfuggente, quasi fatata. La sua ricerca contribuì a dimostrare che il fenomeno era reale.

Gli sprites sono un tipo di Evento Luminoso Transitorio (TLE) che si verificano ben al di sopra dei temporali nella mesosfera, spesso apparendo come lampi fugaci e colorati a forma di meduse o carote. Sono stati documentati fotograficamente per la prima volta nel 1989 da un team dell'Università del Minnesota, dimostrandone l'esistenza dopo secoli di resoconti aneddotici. (Fonte: reddit.com)

Ulteriori osservazioni confermarono che gli sprites erano reali. Gli scienziati allestirono siti di osservazione dedicati. Utilizzarono fotocamere e attrezzature specializzate. Questi sforzi dimostrarono che gli sprites non erano incidenti isolati. Erano una presenza costante nell’alta atmosfera terrestre.

Come prendono vita gli sprites

Gli sprites si formano in pochi millisecondi, appaiono e scompaiono quasi istantaneamente. Il loro processo di formazione è complesso. Coinvolge potenti fulmini positivi nube-terra (CG+) in un temporale sottostante. Questi fulmini sono eccezionalmente forti. Trasferiscono una significativa carica positiva netta dalla nube al suolo. Ciò lascia la parte superiore del cumulonembo con un’enorme carica negativa.

Questo enorme squilibrio di carica crea un intenso campo elettrico. Il campo si estende verso l’alto nell’aria rarefatta della mesosfera. Diventa abbastanza forte da scindere le molecole d’aria. Questo processo, noto come rottura dielettrica, è simile a ciò che accade all’interno di un tubo fluorescente. Le molecole d’aria, principalmente azoto, vengono eccitate dalla scarica elettrica. Emettono quindi luce, rendendo lo sprite visibile.

Il caratteristico colore rosso degli sprites deriva principalmente dalle molecole di azoto eccitate. Queste molecole emettono luce nello spettro rosso e arancione. Le forme variano notevolmente. Gli scienziati li descrivono come “sprites a medusa”, con un nucleo luminoso e tentacoli pendenti. Altre forme comuni includono gli “sprites a carota”, che sono più simili a colonne. Ci sono anche semplici “sprites a colonna”. Queste forme derivano dal modo in cui i filamenti elettrici si muovono nell’aria rarefatta.

Un tipico evento sprite dura solo decine di millisecondi. Questa estrema brevità li rende difficili da osservare. Ricercatori come il dottor Hans Stenbaek-Nielsen, anch’egli dell’Università dell’Alaska Fairbanks, utilizzano telecamere ad alta velocità. Queste telecamere catturano centinaia di fotogrammi al secondo. Ciò consente agli scienziati di analizzare la loro rapida evoluzione. Anche gli strumenti spaziali forniscono dati importanti. L’Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning (ISUAL) è a bordo del satellite FORMOSAT-2 di Taiwan. Ha registrato migliaia di sprites dall’orbita.

Oltre gli sprites: altri eventi celesti

Migliaia di TLEs si verificano quotidianamente in tutto il mondo. La maggior parte passa inosservata al pubblico. Gli sprites sono solo uno dei numerosi e affascinanti eventi elettrici ad alta quota. Questa intera categoria sfida la nostra comprensione tradizionale dei fulmini, mostrando un’atmosfera superiore molto più dinamica ed elettricamente attiva.

Un potente fulmine positivo nube-terra (CG+) è il primo passo cruciale nella formazione degli sprites. Questi fulmini eccezionalmente forti trasferiscono una significativa carica positiva netta dalla nube al suolo, preparando il terreno per il fenomeno dell'alta atmosfera. (Fonte: acurite.com)

I blue jets sono un altro tipo di TLE. Sono scariche elettriche a forma di cono. I blue jets si proiettano verso l’alto dalla sommità dei cumulonembi attivi. Si estendono nella stratosfera, raggiungendo tipicamente i 40-50 chilometri di altezza. Il loro colore blu deriva dalle molecole di azoto eccitate a queste altitudini inferiori. Questo è uno stato di eccitazione diverso rispetto al rosso degli sprites. I blue jets sono più veloci e appaiono più simili a fulmini convenzionali.

Gli elves rappresentano un altro TLE distinto. Sono enormi anelli di luce che si espandono rapidamente. Gli elves si formano ancora più in alto, nella ionosfera, fino a 100 chilometri. Sono innescati dall’impulso elettromagnetico (EMP) generato da fulmini molto potenti. Questo EMP riscalda e ionizza rapidamente una regione della ionosfera a forma di disco. La luce di un Elve può espandersi per centinaia di chilometri di diametro in meno di un millisecondo.

Poi ci sono i gigantic jets. Si tratta dei TLEs più rari e potenti. I gigantic jets collegano la sommità di un cumulonembo direttamente alla ionosfera. Possono estendersi fino a 90 chilometri di altezza, simili agli sprites. Sono però molto più grandi e luminosi. Colmano il divario tra i temporali e il confine dello spazio. Il dottor Steven Cummer della Duke University studia questi eventi in modo approfondito. Il suo lavoro aiuta a misurare le loro proprietà e frequenza.

I TLEs non si diffondono uniformemente in tutto il mondo. Tendono a concentrarsi in corrispondenza di grandi sistemi temporaleschi. Questi sistemi sono particolarmente attivi sulle masse terrestri durante i mesi estivi. Ad esempio, le Grandi Pianure degli Stati Uniti e parti del Sud America sono hotspot di sprites. Osservarli è difficile. Sono fugaci e spesso si verificano al di sopra di condizioni meteorologiche avverse.

Il cielo elettrico invisibile: perché è importante

La ricerca sulla meteorologia spaziale considera sempre più i TLEs come fenomeni significativi. Svolgono un ruolo nelle complesse interazioni elettriche tra la superficie terrestre e lo spazio. Gli scienziati stanno ancora svelando il loro impatto completo, ma i risultati iniziali indicano diverse importanti implicazioni.

Una preoccupazione è il loro potenziale impatto sulle comunicazioni radio. I TLEs creano disturbi transitori nella ionosfera. La ionosfera riflette le onde radio. Questi disturbi possono interferire con i segnali radio a lungo raggio. Ciò ha ripercussioni su tutto, dalle comunicazioni militari ai sistemi GPS. I ricercatori stanno studiando con quale frequenza e intensità si verificano queste interruzioni.

I gigantic jets sono il tipo più raro e potente di Evento Luminoso Transitorio (TLE), che collegano la sommità di un cumulonembo direttamente alla ionosfera, estendendosi fino a 90 chilometri di altezza. Queste spettacolari scariche sono molto più grandi e luminose degli sprites, colmando il divario tra i temporali e il confine dello spazio. (Fonte: foxweather.com)

I TLEs influenzano anche la chimica atmosferica. Le intense scariche elettriche possono produrre ossidi di azoto (NOx) nell’alta atmosfera. Gli ossidi di azoto sono gas reattivi. Svolgono un ruolo nella riduzione dell’ozono. Comprendere i percorsi chimici esatti e le quantità prodotte dai TLEs è uno sforzo di ricerca in corso. Questo potrebbe affinare i nostri modelli di composizione atmosferica.

In definitiva, i TLEs sono una parte fondamentale del circuito elettrico globale della Terra. Questo circuito coinvolge il flusso continuo di elettricità tra il suolo, l’atmosfera e la ionosfera. Sprites, jets ed elves rappresentano rami ascendenti di questo circuito. Aiutano a trasferire la carica dall’atmosfera inferiore all’atmosfera superiore. Questo mantiene l’equilibrio elettrico complessivo del nostro pianeta.

La ricerca futura probabilmente coinvolgerà piattaforme di osservazione spaziali più sofisticate. Queste potrebbero includere satelliti dedicati o strumenti sulla Stazione Spaziale Internazionale. Anche gli scienziati cittadini stanno dando contributi preziosi. Gli astronomi amatoriali con attrezzature specializzate stanno acquisendo nuovi dati sugli sprites. Queste nuove intuizioni ci aiuteranno a mappare questo ambiente elettrico invisibile in modo più completo. Le “meduse cosmiche” e i loro parenti ci ricordano che l’atmosfera terrestre nasconde molti segreti. Stiamo solo iniziando a comprendere il suo dinamico ambiente elettrico.

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Domande frequenti

Cosa sono le meduse cosmiche? “Meduse cosmiche” è un termine descrittivo per gli sprites. Gli sprites sono grandi e brevi scariche elettriche che si verificano ben al di sopra dei temporali. Appaiono rossi e spesso hanno una forma simile a quella di una medusa.

Gli sprites sono pericolosi? No, gli sprites non sono pericolosi per le persone sulla Terra. Si verificano a 50-90 chilometri di altezza, ben al di sopra degli aerei commerciali. Sono anche incredibilmente brevi.

Quanto spesso si verificano gli sprites? Sprites e altri Eventi Luminosi Transitori (TLEs) si verificano migliaia di volte al giorno in tutto il mondo. Sono difficili da vedere da terra perché sono così brevi e si verificano al di sopra di nubi temporalesche attive.

Posso vedere uno sprite? È molto difficile ma possibile vedere gli sprites a occhio nudo in condizioni specifiche. Sono necessari un temporale potente e distante, cieli sereni e bui, e un orizzonte basso. Molti avvistamenti sono ora effettuati da astronomi amatoriali che utilizzano telecamere sensibili.

La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è una piattaforma cruciale per l'osservazione della Terra, i cui strumenti potrebbero svolgere un ruolo futuro nello studio degli Eventi Luminosi Transitori (TLEs) come le meduse cosmiche, aiutando gli scienziati a mappare l'ambiente elettrico dinamico del nostro pianeta. (Source: space.com)

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