Spettri rossi a forma di medusa si librano sopra una nube temporalesca incandescente.
Durante i temporali, oltre ai fulmini, si verificano strani bagliori nell’alta atmosfera chiamati TLEs, come spettri rossi, elfi e jet. Questi fenomeni, scoperti nel 1989, sono silenziosi e poco visibili, ma collegano elettricità, meteo e spazio, offrendo agli scienziati nuove chiavi di lettura sui processi atmosferici
Creature di fulmine: gli spettri rossi delle tempeste.
La nostra atmosfera è come un enorme circuito elettrico: i temporali sono le batterie che lo caricano, e i fulmini sono la corrente che vi scorre. A terra vediamo le prove di questo circuito quando un fulmine si spezza e colpisce il suolo, o quando illumina le profondità di una nube temporalesca, ma sopra le nuvole si nasconde uno zoo elettrico segreto pieno di spettri, elfi e jet.
Questi termini fiabeschi si riferiscono a manifestazioni luminose chiamate eventi luminosi transitori, o TLEs, che si verificano nella parte superiore dell’atmosfera terrestre durante i temporali. «I TLEs sono misteriosi, bellissimi e completamente diversi dai fulmini convenzionali, ma collegano meteo, spazio ed elettricità in un singolo istante drammatico. Si verificano in alto sopra le nuvole, quasi silenziosi, e sono invisibili alla maggior parte delle persone — ma riflettono potenti processi che si sviluppano nel cuore dei temporali», spiega il dottor Hailiang Huang (1), dottorando presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, che studia questi fenomeni.
Le prime osservazioni fotografiche di questi eventi, nel 1989, hanno catturato lampi rossi che sfrecciavano nel cielo in un battito di ciglia. Le manifestazioni furono chiamate “spettri rossi”, ispirati ai personaggi del Sogno di una notte di mezza estate di Shakespeare, e altri nomi da favola seguirono, man mano che i ricercatori scoprivano nuovi tipi di TLEs. Ancora oggi, gli scienziati cercano di comprendere questi curiosi fenomeni — cosa li causa, quanto spesso si verificano e cosa possono rivelare sull’atmosfera terrestre.
Ma cosa sono davvero gli spettri rossi?
Proprio come gli appassionati di caccia alle tempeste, alcuni fotografi si sono dedicati alla “caccia agli spettri rossi”, cercando di immortalare gli sfuggenti » e altri TLEs (Transient Luminous Events) sopra i temporali notturni.
Gli spettri rossi sono stati osservati al largo delle coste europee e sopra le Grandi Pianure degli Stati Uniti, ma nel 2022 gli astrofotografi Angel An e Shuchang Dong hanno catturato ben 105 spettri rossi — il numero più alto mai documentato in un singolo temporale nel Sud-est asiatico, come riportano i ricercatori sulla rivista Advances in Atmospheric Science (2).
«Gli spettri rossi sono i più iconici [tra i TLEs]», afferma Huang, autore principale dello studio.
Questi fenomeni appaiono per una frazione di secondo sotto forma di un sistema ramificato di striature rosse, simile a radici sottili. Sono causati dai fulmini positivi che colpiscono il suolo, generando un campo elettrico che si propaga fino alla parte superiore dell’atmosfera, tra i 50 e i 90 chilometri di altitudine.
Sul Plateau Tibetano, a nord dell’Himalaya, i temporali sono molto frequenti. Le drammatiche variazioni di altitudine generano una forte convezione atmosferica e il turbinare dell’aria umida crea nuvole — un vero laboratorio naturale per lo studio degli eventi luminosi transitori (TLEs). Eppure, nessuno di questi fenomeni era mai stato registrato in quell’area fino alle immagini della tempesta catturate da An e Dong nel 2022.
Il dottor Huang e il suo collaboratore Gaopeng Lu (3), fisico dell’atmosfera presso l’University of Science and Technology della Cina, hanno sviluppato un metodo per sincronizzare i video e le foto realizzati da An e Dong sul Plateau Tibetano. Utilizzando dati satellitari e mappe delle stelle del cielo notturno per determinare i timestamp di ogni fotogramma, il team ha collegato circa il 70% degli spettri rossi verificati al fulmine madre che li ha generati.
Per Huang, i risultati dimostrano il valore scientifico delle osservazioni amatoriali. «È entusiasmante vedere come questo campo riunisca scienziati professionisti e appassionati, fianco a fianco, per cercare di comprendere qualcosa di così effimero, ma al tempo stesso così profondo».
Non solo i fotografi hanno catturato un numero significativo di spettri rossi, ma la tempesta sull’Himalaya ha mostrato anche TLEs ancora più rari, chiamati jet e ghosts. Il team ha individuato 16 jet secondari, colonne di luce spesso blu o viola che si proiettano energicamente verso l’alto nel cielo, e almeno quattro ghosts (4), bagliori verdastri e sfumati che talvolta fluttuano sopra gli spettri rossi.
«Anche se gli spettri rossi [e altri TLEs] possono sembrare delicati e silenziosi nell’alta atmosfera, sono spesso collegati a sistemi meteorologici potenti e talvolta devastanti», afferma Huang. «Comprenderli non solo soddisfa la nostra curiosità sull’atmosfera superiore, ma ci aiuta anche a conoscere meglio le tempeste che affrontiamo qui sulla Terra».
Un archivio dei bagliori atmosferici fugaci
I diversi tipi di TLEs (eventi luminosi transitori) variano in base all’altitudine, al tipo di fulmine (5) coinvolto e ai composti chimici presenti in quella porzione dell’atmosfera, ma le cause esatte di ciascun tipo di TLEs devono ancora essere confermate. Dal 2022, il progetto Spritacular (6) della NASA ha cercato di catturare questa varietà, affidandosi anche ai dati forniti da amatori: centinaia di scienziati cittadini.
«Stavo vedendo immagini straordinarie catturate dal pubblico in tutto il mondo, condivise sporadicamente su internet, e la comunità scientifica era per lo più all’oscuro di queste osservazioni», afferma la dottoressa Burcu Kosar (7), fisica dell’atmosfera presso il Goddard Space Flight Center della NASA e responsabile del progetto. «Spritacular è nato per colmare questa distanza, collegando il pubblico alla comunità scientifica, creando il primo database collaborativo di spettri rossi e altri TLEs».
Spritacular invita volontari a inviare immagini che hanno catturato degli eventi luminosi transitori (TLEs) in tutto il mondo, e ha già raccolto oltre 700 contributi da quasi 900 utenti provenienti da 20 paesi diversi. I partecipanti possono anche aiutare ad analizzare il database, identificando spettri dalle immagini degli utenti o da quelle raccolte dalla Stazione Spaziale Internazionale.
Il progetto mira a raccogliere un insieme ampio e variegato di TLEs documentati, poiché la maggior parte delle osservazioni passate sono state casi isolati. Se riusciranno a ottenere un numero sufficiente di segnalazioni, Kosar e il suo team potranno iniziare a individuare schemi e tendenze nei dati, e studiare anche TLEs più rari come ghosts e jets.
Comprendere i TLEs sulla Terra potrebbe anche fornire indizi per le nostre indagini su altri pianeti. I dati della missione Juno della NASA suggeriscono che spettri e misteriosi anelli di luce chiamati elves si verificano anche nell’atmosfera di Giove.
«Poiché i TLEs sono fenomeni estremamente fugaci, Kosar e il suo collaboratore József Bór, ricercatore di TLEs presso l’Istituto di Fisica della Terra e Scienze Spaziali in Ungheria, concordano nel dire che la vera forza del progetto risiede nelle persone che ne fanno parte. «Penso che sia il potere della comunità a rendere Spritacular così solido per il lavoro scientifico legato ai TLEs», afferma Bór.
L’influenza del clima sui fenomeni luminosi transitori (TLEs)
Lo sforzo collettivo della comunità scientifica che alimenta la ricerca sui TLEs potrebbe contribuire a rispondere a una delle domande più urgenti riguardo agli spettri rossi e ad altri fenomeni luminosi transitori: come il cambiamento climatico potrebbe influenzarne la comparsa.
«L’aumento delle temperature globali dovuto al cambiamento climatico influenzerà l’intensità e la frequenza dei temporali, e questo porterà anche a un’attività elettrica più intensa, tutti fattori che precedono l’attività dei TLEs», afferma il dottor Kosar. «I dettagli sono ancora oggetto di studio, ma analizzare i TLEs potrebbe diventare sempre più importante per monitorare come sta cambiando la nostra atmosfera».
Collaborare con climatologi e scienziati dello spazio per comprendere come i modelli di tempesta in evoluzione possano influenzare l’attività dei TLEs a livello globale è il prossimo obiettivo anche per il team cinese. Per Huang, è un campo entusiasmante in cui lavorare: «È come esplorare una frontiera atmosferica. Ogni osservazione è come catturare un segnale raro e fugace dal confine dello spazio — visivamente mozzafiato e fisicamente significativo».
Riferimenti:
(1) Hailiang Huang
(2) Massive Outbreak of Red Sprites in South Asia Observed from the Tibetan Plateau
(3) Gaopeng Lu
(4) Spectroscopy of a mesospheric ghost reveals iron emissions
(6) Explore Observations - Spritacular
(7) Burcu Kosar
Descrizione foto: spettri rossi a forma di medusa si librano sopra una nube temporalesca incandescente. - Credit: Levi Riggins.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The most otherworldly, mysterious forms of lightning on Earth