Spiritelli blu, folletti rossi e il dio nordico del tuono

di Marco Mazzucco – Astronautinews.it

Di primo acchito potrebbe sembrare l’incipit di una fiaba nordica, in realtà è il filo conduttore che lega uno dei tanti misteri ancora legati alla limitata conoscenza che abbiamo dell’atmosfera.

Stiamo parlando dei blue jets e dei red sprite, fenomeni elettro-ottici legati alla presenza di temporali di forte intensità, soprattutto nelle aree tropicali, per i quali prima del 2015 non esistevano riscontri scientifici ma solo alcuni video ripresi dalla ISS e da aerei commerciali in volo d’alta quota in vista di fronti temporaleschi. Per anni la loro esistenza è stata oggetto di discussioni fra gli scienziati senza che si avessero dati sufficienti ad andare oltre blande ipotesi, mai realmente suffragate da vere e proprie prove scientifiche.

Folletti e spettri rossi

I red sprite sono fenomeni che si sviluppano a quote comprese fra 60 ed 80 km al di sopra di zone temporalesche ed è associato alla ionizzazione dell’aria, cioè presenza di particelle cariche elettricamente.

Consiste di scariche di energia associate ai fulmini: lo spettro rosso va dall’alto verso il basso, in quello opposto i blue jets.

La differente forma dei getti blu e degli spettri rossi rispetto ai fulmini è dovuta alle diverse caratteristiche dell’atmosfera attraversata (composizione, densità, e temperatura). La colorazione è dovuta alla forte presenza nell’atmosfera terrestre dell’azoto, la cui concentrazione aumenta avvicinandosi al suolo.

Ciò spiega il cambiamento di colore degli sprite, che dal rosso passano al viola ed infine al blu verso la troposfera.
I red sprite sono tanto enormi quanto deboli, e si manifestano come lampi luminosi che appaiono sopra una cellula temporalesca. La loro intensità luminosa è paragonabile, anche se inferiore, a quella delle aurore boreali.

Solo nell’1% dei casi sono associati a fulmini che non possono essere utilizzati come marker per questi eventi.

La regione più luminosa si trova nella gamma di altitudine 65-75 km, e s’ipotizza un loro coinvolgimento nei meccanismi di scambio di gas ad effetto serra tra la troposfera e la stratosfera.

Blue jets

La scoperta dei blue jets è avvenuta solo da un paio di decenni perché questi fenomeni sono spesso brevi, quasi casuali e nascosti agli osservatori terrestri a causa delle nubi.

Come suggerisce il loro nome, i blue jets sono espulsioni di lampi dalla parte superiore dei nuclei di cellule temporalesche, e possono verificarsi anche senza che un fulmine si sviluppi nella direzione opposta.

Dopo la loro uscita dalla parte superiore, si propagano verso l’alto in un cono ampio circa 15 gradi, con velocità verticali di circa 100 km/s (300 volte la velocità del suono), poi si aprono a ventaglio e si dissolvono ad altezze comprese fra 40 e 50 km. Questi fenomeni non sono allineati alle linee di forza del campo magnetico terrestre. L’evento non dura più di qualche millesimo di secondo (3-10 ms) e può anche essere osservato ad occhio nudo purché ci si trovi in condizioni di totale oscurità e ad una distanza ottimale, non superiore ai 200 km.

L’osservazione simultanea di blue jets e red sprite ha suggerito agli scienziati l‘ipotesi che i temporali a più forte intensità, esercitino una maggiore influenza sulla stratosfera in misura maggiore di quanto ipotizzato finora, e ciò ha dato avvio ad una ricerca specifica a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

L’esperimento THOR a bordo della ISS

Varie missioni ESA e NASA, tra le quali l’esperimento MEIDEX a bordo dello Space Shuttle, il satellite ISUAL e la missione americano-taiwanese ROCSAT-3, hanno provato a studiare questi eventi, ma il loro angolo di visione e le orbite di volo si sono mostrati meno che ideali.

L’esperimento THOR (Turbulence Heating ObserveR), imbarcato sulla ISS, è stato portato avanti tra il 2 e l’11 settembre 2015 durante la missione IRISS del primo astronauta ESA di nazionalità danese, Andreas Mogensen. Gli obiettivi scientifici della sperimentazione erano lo studio della formazione e dell’evoluzione dei cumulonembi, dei processi elettrici ad alta quota, e l’analisi dei fenomeni legati alle condizioni d’instabilità degli intensi moti convettivi interni alle tempeste. Un team scientifico a terra, attraverso modelli matematici di previsioni meteorologiche, aveva il compito di individuare possibili attività temporalesche fino a 3 giorni in anticipo, creando finestre temporali di osservazione per i sorvoli della ISS. Grazie a THOR Andreas Mogensen è riuscito a catturare i misteriosi blue jets mentre sorvolava il golfo del Bengala, nell’oceano Indiano.

I lampi blu che si vedono brillare nelle bellissime immagini raccolte dall’astronauta danese si trovano ad una quota di circa 18 chilometri di altezza, raggiungendo i 40 chilometri di altezza nel caso dei lampi pulsanti. Mogensen ha anche immortalato 245 blue jets originatisi da un cumulonembo alla deriva nella stessa zona.

La fotocamera prescelta è stata una Nikon D4 con sensibilità fissata a 6.400 ISO ed una velocità di scatto di 24 fotogrammi al secondo, con una definizione di 1920 × 1080 pixel. L’ottica installata aveva una focale di 58 mm e diaframma f1.2, dando un campo visivo di 34,4 ° × 19,75 °.

I risultati dell’elaborazione dei dati e le relative conclusioni sono state pubblicate sulla rivista “Geophisical Reasearch Letters“ (Volume 44, Issue 1, 16 gennaio 2017, a firma di Chanrion, Neubert, Mogensen, Yair, Stendel, Singh, Siing) a cura dell’Agenzia Spaziale Danese.

Dalla lettura dell’articolo scientifico si evince che i blue jet ed i red sprite sono manifestazioni di una parte poco conosciuta della fenomenologia e delle dinamiche della nostra atmosfera. I temporali di maggiore intensità sarebbero in grado di raggiungere gli strati più esterni della stratosfera e potrebbero giocare un ruolo fondamentale nella fisica dei meccanismi protettivi della nostra atmosfera dalle radiazioni. Si crede infatti che possano giocare un ruolo importante nelle reazioni chimiche di formazione e circolazione dell’ozono nella mesosfera (50-85 km) e stratosfera (20-50 km).

THOR tornerà a colpire

Naturale prosecuzione dell’esperimento THOR, alla fine del 2017 l’ESA lancerà ASIM (Atmosphere Space Interactions Monitor), esperimento attualmente in fase di test e consistente in un osservatorio climatico progettato per rilevare blue jets, red sprite e lampi gamma di origine terrestre. Una volta giunto a destinazione sulla ISS, ASIM sarà installato al di fuori del modulo europeo Columbus, con il compito di monitorare costantemente i temporali e raccogliere informazioni sugli eventi luminosi transitori grazie ai suoi sensori in grado di rilevare raggi X e gamma.

Le ipotesi sul tavolo degli scienziati concordano sul fatto che questi fenomeni debbano essere osservati non tanto nel contesto di sistemi temporaleschi localizzati, quanto considerando un sistema di fenomeni elettrici a livello globale. Inoltre, se fosse possibile legare i dati raccolti oggi con quelli in possesso dei paleo-climatologi, si potrebbero trovare connessioni con fenomeni climatici avvenuti nel passato remoto del nostro pianeta, o correlazioni con quelli in corso su altri pianeti del nostro Sistema Solare in fase di esplorazione.

Negli studi saranno anche coinvolte l’università di Stanford ed il New Mexico Tech.

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