I fulmini sono stati studiati per secoli, ma c'è ancora molto poco chiaro nella loro natura. Come ha origine una scarica in una nuvola, cos'è un fulmine globulare, perché i quanti gamma vengono emessi durante un temporale: queste domande devono ancora essere risolte. RIA Novosti parla delle ricerche più attuali nel campo dell'elettricità atmosferica.
"Il fulmine è una scarica elettrica che si muove nell'atmosfera lungo un sottile canale di plasma caldo - il leader - da una nuvola all'altra, tra le nuvole o sale da edifici alti", afferma Alexander Kostinsky, Ph. D. in fisica e matematica, vicedirettore del MIEM intitolato a RIA Novosti. … A. N. Tikhonova, partecipante al progetto internazionale "I fulmini e le loro manifestazioni", sostenuto dal Ministero dell'Istruzione e della Scienza e dalla Russian Science Foundation.
È necessaria una nuvola perché si verifichi un fulmine. Alzandosi, si espande, si raffredda, si formano piccole gocce d'acqua, fiocchi di neve, grandine e molte altre particelle di diverse dimensioni, che sono chiamate idrometeore. Infatti all'interno della nuvola si forma un aerosol, le sue particelle si sfregano l'una contro l'altra e acquisiscono cariche di segni diversi.
Dopo la condensazione dell'umidità, la nuvola si riscalda un po 'e sale più in alto, attirando l'aria circostante. Questo è il motivo per cui i temporali sono accompagnati da un aumento dei venti. All'interno della nuvola vengono aggiunti strati di particelle caricate positivamente e negativamente, cade la pioggia, iniziano le scariche intra-nuvola, alcune di esse raggiungono il suolo.
Lo sprite appare nell'atmosfera superiore dopo una forte scarica di fulmini nel terreno.
Il canale del fulmine conduce una forte corrente elettrica grazie al plasma, un gas altamente ionizzato. Le foto della fotocamera ad alta velocità mostrano il fulmine che si dirama mentre si muove. Man mano che si avvicina al suolo, dai punti più alti - grattacieli, torri televisive - i leader in aumento si precipitano verso di lui. Una potente corrente scorre attraverso il canale collegato a una velocità solo parecchie volte inferiore alla velocità della luce. È questo lampo che vediamo quando viene colpito da un fulmine.
“Osserviamo i fulmini quando sono grandi, energici, appiccano fuochi, uccidono animali, disabilitano attrezzature. Ma il momento della sua origine nella nuvola è rimasto uno dei principali misteri scientifici da un centinaio di anni , continua lo scienziato.
Ci sono molte ipotesi su questo punteggio, che sono molto complesse e non spiegano tutti i fenomeni osservati. Misurato: per attraversare un solo centimetro d'aria, è necessaria una tensione di trentamila volt. Ciò significa che devono esserci campi elettrici molto forti nella nuvola, ma le misurazioni danno valori più volte inferiori.
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“Ogni secondo circa cento fulmini colpiscono il suolo e nessuno sa come si originano. Inoltre, le misurazioni fisiche mostrano che non dovrebbero formarsi tra le nuvole”, osserva Kostinsky.
Fotografia time-lapse di fulmini.
Fulmine globulare
Un puzzle separato è il fulmine globulare. Si conoscono migliaia di prove a riguardo di diverse epoche storiche, gli scienziati hanno persino ottenuto sperimentalmente "formazioni di plasma sferico" in laboratorio, ma non è possibile dimostrare che questo sia il fenomeno naturale oggetto di studio. La domanda principale (oltre alla nucleazione) è perché un coagulo di plasma carico esiste nell'atmosfera per così tanto tempo - secondi e minuti. In teoria, senza alimentazione esterna, dovrebbe raffreddarsi in millesimi di secondo, perdendo conduttività.
Alcuni ricercatori presumevano che il fulmine globulare fosse un effetto ottico, ma diversi anni fa, gli scienziati cinesi hanno filmato un bagliore di una palla durante i fulmini, che è durato per quasi un secondo, su una fotocamera ad alta velocità con uno spettrometro ottico. Ciò ha chiarito poco sulla natura del fenomeno, ma ha confermato la sua realtà.
Altri misteri
Nel 1989, grazie ai satelliti, fu scoperto un tipo completamente nuovo di elettricità atmosferica: gli sprite. Sorgono ad un'altitudine di 70-85 chilometri in un campo elettrico che si forma dopo un forte fulmine nel terreno quando viene scaricata la parte inferiore della nuvola. Dallo spazio, abbiamo visto getti blu e getti giganti: scariche elettriche di grande lunghezza. Hanno origine sulle cime delle nuvole temporalesche e raggiungono un'altezza di 90 chilometri.
Jet - scarico che va dalla nuvola ad un'altezza fino a 90 chilometri. Osservatorio Mauna Kea, Hawaii.
Nel 1991, i satelliti americani hanno registrato raffiche di raggi gamma, cioè raggi X duri, durante i temporali. Questi dati sono stati immediatamente classificati, decidendo che i test nucleari a terra erano in corso da qualche parte. Tre anni dopo, dopo essersi accertati che la fonte di radiazione fossero i temporali, sono stati pubblicati i risultati delle osservazioni.
“Tali quanti di energia raramente arrivano sulla Terra, anche dai brillamenti solari. Si scopre che la nuvola agisce come un acceleratore di particelle elementari, vale a dire elettroni e, forse, positroni. Questa zona è chiamata fisica delle alte energie atmosferiche , afferma Alexander Kostinsky.
Negli anni 2000 si è scoperto che all'interno della nuvola ad un'altitudine di una decina di chilometri si formano sorgenti di emissione radio molto più potenti di quelle che accompagnano i fulmini. Durano solo pochi microsecondi. Sono stati chiamati scarichi intracloud compatti. Non esiste ancora una teoria generalmente accettata sul loro aspetto.
L'interesse per le scariche elettriche nell'atmosfera di altri pianeti del sistema solare non è ancora diminuito. Sono state ottenute immagini di temporali su Giove e Saturno, le osservazioni nel raggio radio hanno mostrato scariche su Urano e Nettuno. La questione con Venere è ancora aperta. Ma non ci sono temporali su Marte e Titano.
Secondo Kostinsky, la scienza del fulmine sta vivendo un vero boom. Dopotutto, i temporali e i fulmini sono fenomeni naturali molto pericolosi e distruttivi. Inoltre, gli scienziati devono affrontare compiti pratici: proteggere persone e animali da scariche atmosferiche, strutture, mulini a vento, aerei.
Scariche di fulmini nell'atmosfera sul lato notturno di Giove. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
