Ogni secondo, quasi 50 fulmini zigzagano nei cieli della Terra. Nonostante secoli di studi, tuttavia, i ricercatori non sono ancora certi di come inizino i fulmini. I campi elettrici nelle nubi temporalesche sono spesso troppo deboli per innescare una scarica potente. Un nuovo studio appena pubblicato sul Journal of Geophysical Research potrebbe aver risolto il mistero. “Riteniamo che la maggior parte dei fulmini nei temporali siano innescati da piogge di raggi cosmici”, afferma l’autore principale dello studio Xuan-Min Shao, uno scienziato senior presso il Los Alamos National Laboratory nel New Mexico.
Per indagare i primi momenti della formazione dei fulmini, Shao e i colleghi hanno costruito un interferometro radio denominato “BIMAP-3D”. Composto da una serie di 8 antenne a Los Alamos, BIMAP-3D può creare immagini tridimensionali dei fulmini e individuare i fulmini all’interno delle nubi temporalesche. Ecco un esempio:
Questo è un fulmine di un enorme temporale che ha toccato Los Alamos il 30 luglio 2022. BIMAP-3D ha ripreso più di 300 fulmini durante la tempesta di 90 minuti. È stato un tesoro di dati. Gli sperimentatori si resero conto che alcuni dei fulmini osservati si verificavano in parti della tempesta in cui i campi elettrici erano troppo deboli per causare l'”Initial Breakdown Event” (IBE), la scintilla iniziale che mette in moto il fulmine. Le moderne teorie sulla valanga di elettroni relativistici non riuscivano a spiegare ciò che avevano visto. I loro sospetti si concentrarono presto sui raggi cosmici. E’ quanto si legge in un articolo di spaceweather.
I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che provengono da lontane esplosioni di supernova e altri violenti eventi nel cosmo. Colpiscono l’atmosfera terrestre in continuazione, creando uno spruzzo secondario di particelle chiamato “sciami di raggi cosmici”. I lettori abituali hanno familiarità con questi sciami perché li monitoriamo regolarmente usando i palloni di raggi cosmici Earth to Sky sopra la California.
I dettagli
Una delle cose importanti delle piogge di raggi cosmici è che contengono antimateria, positroni e normali elettroni. Le mappe dei fulmini 3D di Los Alamos contenevano forti prove di positroni. Elettroni e positroni sono piegati in direzioni opposte dal campo magnetico terrestre, quindi lasciano impronte opposte sulla polarizzazione del fulmine, che BIMAP-3D ha anche misurato.
“Mi ci è voluto un pò per capirlo”, ammette Shao. “Ho iniziato con gli elettroni solo all’inizio, ma non sono riuscito a spiegare le osservazioni. Con sia gli elettroni che i positroni coinvolti, tutte le osservazioni possono essere spiegate in modo coerente”. I positroni hanno confermato la causa dei raggi cosmici. “Il fatto che una pioggia di raggi cosmici fornisca un percorso ionizzato nella nube che altrimenti sarebbe priva di elettroni liberi favorisce fortemente l’inferenza che la maggior parte dei fulmini siano innescati dai raggi cosmici”, hanno scritto gli autori. In effetti, non è ancora chiaro quanta parte dei fulmini della Terra sia innescata dai raggi cosmici. Sono necessarie molte altre tempeste da studiare con questo metodo per migliorare le statistiche. “Ciò richiederà molti dati sui fulmini a lungo termine e di buona qualità”, afferma Shao.
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