The Aeronauts: il film sulla prima scoperta degli strati atmosferici

Il film The Aeronauts racconta l'impresa di uno scienziato e una pilota di mongolfiere che si avventurano più in alto di chiunque prima per studiare l'atmosfera e aprire allo studio delle previsioni meteo

MeteoWeb

The Aeronauts è un film del 2019 di Tom Harper con Felicity Jones ed Eddie Redmayne che interpretano una storia basata sui fatti reali avvenuti il 5 settembre 1862, quando gli aeronauti britannici James Glaisher ed Henry Tracey Coxwell si cimentarono in una storica impresa raggiungendo con il loro pallone l’altezza di 8.800 metri, stabilendo il record mondiale di altitudine e studiando per la prima volta l’atmosfera terrestre.
Grazie all’audacia di questi scienziati, gli studi sono proseguiti e noi oggi siamo in grado di spiegare cosa sia l’atmosfera, definire gli strati atmosferici che la compongono e le caratteristiche di ciascuna delle sfere.

La trama di The Aeronauts

the-aeronautsSiamo nel 1862, la pilota di mongolfiere Amelia Wren e il meteorologo James Glaisher si imbarcano in un’avventura senza precedenti: un’ascensione in mongolfiera che ha lo scopo di confermare la teoria dello scienziato secondo cui le variazioni meteorologiche possono essere oggetto di previsione.

Alla Royal Society nessuno aveva creduto alle ipotesi formulate da Glaisher che era stato non solo ignorato ma anche deriso; la pilota, invece, era rimasta profondamente segnata dalla morte del marito, gettatosi da un pallone in volo per salvare la moglie. Dopo le prime iniziali reticenze, Amelia accetta di accompagnare James nell’impresa.

Durante il viaggio il pallone aerostatico si imbatte in una tempesta durante la quale entrambi rischiano di morire e mentre Amelia si salva solo grazie alle sue capacità ginniche, dopo essere stata sbalzata fuori dal velivolo, James è vittima di un trauma cranico. Tuttavia, i due riescono a superare la zona di rischio e iniziano a raccogliere dati che trasmettono con l’aiuto di piccioni viaggiatori.
La mongolfiera supera i 7.000 metri di altitudine raggiungendo il record per la massima altitudine raggiunta. A quel punto, però, sopraggiungono una serie di problematiche come quella legata al gelo che minaccia soprattutto James, il quale non si è portato i vestiti adatti a resistere alla radicale diminuzione della temperatura. Questo non ferma lo scienziato, intenzionato a continuare a salire nonostante l’ipossia inizi a compromettere le sue facoltà decisionali.

Quando Amelia racconta della tragica fine del marito, James comprende che è il momento di cedere e tentare la discesa che porta con sé un grave problema: la valvola per il rilascio del gas, posta sulla parte superiore del pallone, è orami bloccata per il ghiaccio. James è privo di sensi e ad Amelia non resta che arrampicarsi all’esterno del pallone per raggiungere la cima e sbloccare la valvola.

the aeronautsNel momento in cui riesce nell’obiettivo anche Amelia cade priva di sensi e non finisce nel vuoto solo grazie a una corda con la quale si era legata al pallone. Quando i due riprendono i sensi capiscono che stanno rischiando di schiantarsi al suolo. Costretti a liberarsi di ogni peso compreso quello della cesta, non rallentano comunque a sufficienza e sono costretti a utilizzare lo stesso pallone come un paracadute improvvisato che salva loro la vita.

Dopo aver finalmente toccato terra, scoprono di aver battuto ogni record, riuscendo ad arrivare a oltre 11.000 metri di altezza. Le scoperte fatte durante il volo apriranno la strada alle prime previsioni meteorologiche e alle nuove scoperte che i due si accingono a compiere in nuovi entusiasmanti voli.

Cos’è l’atmosfera

L’atmosfera è l’involucro gassoso che circonda il nostro pianeta, lo studio dell’atmosfera ha consentito di acquisire concetti fondamentali della fisica come quello di pressione atmosferica, ma anche della chimica con la scoperta di due elementi importanti come l’ossigeno e l’azoto.
Inoltre è proprio dallo studio dell’atmosfera che ha preso il via quello del tempo atmosferico che prende il nome di clima nel momento in cui è analizzato sul medio e sul lungo periodo.

L’atmosfera attuale è formata da gas che si sono formati a seguito di complessi fenomeni che si sono susseguiti nel corso della storia geologica della Terra.
L’atmosfera è formata principalmente da ossigeno e azoto, due elementi presenti fino a quasi 100 chilometri di altitudine, all’incirca nelle stesse proporzioni che si trovano all’altezza del suolo, con l’eccezione di alcune fasce in cui le componenti e le proporzioni mutano.

La relativa costanza dell’atmosfera, prova che esistono movimenti verticali, detti movimenti convettivi, che assicurano un interscambio e un rimescolamento della massa gassosa fino a quelle quote.
La parte di atmosfera in cui la composizione chimica rimane fondamentalmente costante viene denominata omosfera, a cui segue l’eterosfera in cui la proporzione tra gli elementi varia notevolmente con l’altitudine. La densità dell’aria comunque diminuisce in modo omogeneo con l’aumentare dell’altitudine a causa della progressiva riduzione della forza di gravità.

Suddivisione dell’atmosfera

strati atmosferaSalendo dal suolo terrestre verso l’alto, l’atmosfera presenta differenti caratteristiche di: temperatura, densità, pressione e composizione. Alcuni di questi parametri, come la densità e la pressione, cambiano gradualmente, mentre altri in modo irregolare, come la temperatura e la composizione chimica.

In base a questi ultimi due criteri si possono distinguere diversi strati chiamati sfere, più precisamente corone sferiche; questi strati sono divisi da fasce di passaggio dette pause, dal basso verso l’alto si presentano in questa sequenza:

  • La troposfera costituisce l’involucro gassoso più basso, quello a contatto con la litosfera (la parte esterna più rigida del pianeta Terra, comprendente la crosta terrestre e la porzione del mantello esterno), i mari e gli oceani.
    Nella troposfera si sviluppano le nubi e si genera la maggior parte dei processi meteorologici come le precipitazioni. La temperatura varia con la latitudine, la stagione e la nuvolosità ma in media è di 15° centigradi.
    Tra la troposfera e la sfera successiva c’è una transizione che viene chiamata tropopausa, spessa 2 chilometri, all’interno della quale la temperatura non subisce variazioni.
  • La stratosfera, prevede un aumento della temperatura fino a 0° centigradi, dato il diminuire della forza di gravità, qui i gas risultano rarefatti. A cominciare da 25 chilometri di altitudine si ha un aumento della concentrazione di ozono, questo strato prende il nome proprio di ozonosfera, che possiede uno spessore di circa 5 chilometri e scherma i raggi ultravioletti della radiazione solare.
    La stratopausa costituisce la soluzione di continuità con la sfera successiva.
  • La mesosfera si estende fino a un’altitudine di 90 chilometri e qui si genera una nuova diminuzione di temperatura che arriva fino a -83° centigradi. Più alte di qualunque altro tipo di nubi è qui che si formano le nubi nottilucenti. La mesosfera è luogo di forti correnti aere che possono arrivare a 350 chilometri orari.
    Una nuova pausa è formata dopo la mesosfera dalla mesopausa.
  • Nella termosfera, che raggiunge i 500 chilometri di altitudine, si verifica un aumento della temperatura che raggiunge valori superiori a 1000 gradi centigradi e vi sono fortissime variazioni giornaliere e interannuali. Il limite superiore della termosfera è costituito dalla termopausa.
  • Parte della mesosfera e la termosfera sono comprese nella ionosfera, qui gli atomi dei gas che compongono la sfera sono ionizzati a causa dell’impatto delle radiazioni solari x, delle ultraviolette e dei raggi cosmici. Grazie a questo fenomeno nelle regioni artiche si verificano le aurore boreali e australi, dovute al vento solare che entrando in contatto con l’atmosfera viene ionizzato e assume le caratteristiche onde luminose nel cielo.
  • Oltre i 500/700 chilometri si trova, infine, l’esosfera, in cui il numero delle molecole d’aria si riduce drasticamente avviandosi verso il vuoto del cosmo. La temperatura raggiunge i 2000° centigradi e gli atomi e le molecole raggiungono una velocità (velocità di fuga) tale da potersi sottrarre alla forza di gravità terrestre.
    L’esosfera è detta anche magnetosfera per indicare l’importanza che assume in questo strato il campo magnetico terrestre, il quale intrappola particelle cariche disposte in due fasce concentriche, le fasce di Van Allen. La magnetosfera termina con la magnetopausa.