I filmati dettagliati rivelano finalmente cosa scatena il fulmine

Quindi Dwyer e il suo team si sono rivolti al Low Frequency Array (LOFAR), una rete di migliaia di piccoli radiotelescopi principalmente nei Paesi Bassi. LOFAR di solito osserva galassie lontane e stelle che esplodono. Ma secondo Dwyer, “succede che funziona davvero bene anche per misurare i fulmini”.

Quando i temporali si abbattono sopra la testa, c’è poca astronomia utile che LOFAR può fare. Quindi, invece, il telescopio sintonizza le sue antenne per rilevare una raffica di circa un milione di impulsi radio che emanano da ogni lampo. A differenza della luce visibile, gli impulsi radio possono passare attraverso nuvole spesse.

L’uso di rilevatori radio per mappare i fulmini non è una novità; hanno antenne radio appositamente costruite tempeste a lungo osservate nel New Mexico. Ma quelle immagini sono a bassa risoluzione o solo in due dimensioni. LOFAR, un telescopio astronomico all’avanguardia, può mappare l’illuminazione su una scala metro per metro in tre dimensioni e con un frame rate 200 volte più veloce di quanto gli strumenti precedenti potessero raggiungere. “Le misurazioni LOFAR ci stanno dando il primo quadro davvero chiaro di ciò che sta accadendo all’interno del temporale”, ha affermato Dwyer.

Un fulmine che si materializza produce milioni di impulsi radio. Per ricostruire un’immagine di un fulmine in 3D dalla confusione di dati, i ricercatori hanno utilizzato un algoritmo simile a quello utilizzato negli sbarchi sulla luna dell’Apollo. L’algoritmo aggiorna continuamente ciò che è noto sulla posizione di un oggetto. Mentre una singola antenna radio può solo indicare la direzione approssimativa del flash, l’aggiunta di dati da una seconda antenna aggiorna la posizione. Collegando costantemente migliaia di antenne LOFAR, l’algoritmo costruisce una mappa chiara.

Quando i ricercatori hanno analizzato i dati del lampo dell’agosto 2018, hanno visto che gli impulsi radio provenivano tutti da una regione larga 70 metri all’interno della nuvola temporalesca. Hanno rapidamente dedotto che lo schema degli impulsi supporta una delle due teorie principali su come inizia il tipo più comune di fulmine.

Un’idea sostiene che i raggi cosmici, le particelle provenienti dallo spazio, si scontrano con gli elettroni all’interno dei temporali, innescando valanghe di elettroni che rafforzano i campi elettrici.

Le nuove osservazioni indicano il teoria rivale. Inizia con grappoli di cristalli di ghiaccio all’interno della nuvola. Le collisioni turbolente tra i cristalli a forma di ago spazzano via alcuni dei loro elettroni, lasciando un’estremità di ciascun cristallo di ghiaccio caricata positivamente e l’altra caricata negativamente. L’estremità positiva attira gli elettroni dalle molecole d’aria vicine. Più elettroni fluiscono dalle molecole d’aria che sono più lontane, formando nastri di aria ionizzata che si estendono da ciascuna punta di cristallo di ghiaccio. Questi sono chiamati streamer.

LOFAR, una vasta rete di radiotelescopi principalmente nei Paesi Bassi, registra i fulmini quando non sta facendo astronomia.Fotografia: LOFAR / ASTRON

Ogni punta di cristallo dà origine a orde di stelle filanti, con singole stelle filanti che si ramificano ancora e ancora. Le stelle filanti riscaldano l’aria circostante, strappando elettroni dalle molecole d’aria in massa in modo che una corrente più grande fluisca sui cristalli di ghiaccio. Alla fine uno streamer diventa abbastanza caldo e conduttivo da trasformarsi in un leader, un canale lungo il quale una serie di fulmini a tutti gli effetti può viaggiare improvvisamente.

“Questo è ciò che stiamo vedendo”, ha detto Cristoforo Sterpka, primo autore della nuova carta. In un filmato che mostra l’inizio del flash che i ricercatori hanno ricavato dai dati, gli impulsi radio crescono in modo esponenziale, probabilmente a causa del diluvio di streamer. “Dopo che la valanga si è fermata, vediamo un capo fulmine nelle vicinanze”, ha detto. Negli ultimi mesi, Sterpka ha compilato più film di iniziazione lampo che sembrano simili al primo.

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