sprite, elfi, jet… poche persone sanno che gli scienziati usano abitualmente queste parole ultraterrene per descrivere eventi luminosi transitori o TLE, lampi di luce che si verificano durante i temporali attivi a poche decine di chilometri sopra le nostre teste. Poche persone sanno anche che le tempeste possono agire come acceleratori di particelle generando brevissimi lampi di raggi X e raggi gamma. Ma quali sono i processi fisici ei meccanismi alla base di questi fenomeni scoperti appena 30 anni fa? Hanno un impatto sulla fisica e sulla chimica dell'alta atmosfera, l'ambiente o anche l'uomo? Queste sono le domande che si pone il satellite francese Taranis, che nella notte tra il 16 e il 17 novembre sorvolerà un lanciatore Vega dal Guiana Space Center, una missione tutta francese che coinvolge ricercatori del CNES, il centro nazionale di ricerca scientifica CNRS, la commissione per l'energia atomica e le energie alternative CEA e diverse università francesi.

TLE e lampi di raggi gamma terrestri (TGF) sono visti in tutto il mondo dove si verificano tempeste. Ma poiché non ne sappiamo abbastanza su di loro, non figurano nella cassetta degli attrezzi di climatologi e meteorologi. Sono implicati nel numero crescente di eventi meteorologici estremi? Se è così, potrebbero essere modellati e presi in considerazione in previsioni in tempo reale. Sebbene Taranis sia prima di tutto un fondamentale satellite di ricerca, i dati che è impostato per fornire sui meccanismi termici e climatici della Terra potrebbero servire ad applicazioni più operative come la climatologia e le previsioni meteorologiche.

Elfi, sprite, aloni sprite, getti blu e persino folletti o gnomi sono solo alcuni dei nomi stravaganti dati alla gamma di fenomeni nella famiglia generica dei TLE, un lessico poetico che contrasta nettamente con la loro violenza. Questi eventi effimeri dell'alta atmosfera si verificano tra le cime delle nuvole temporalesche e un'altitudine di 90 chilometri. Predetto per la prima volta già nel 1920, la loro esistenza non è stata confermata fino agli anni novanta. Da allora sono stati registrati da numerose osservazioni terrestri e spaziali. Gli elfi prendono la forma di un bagliore di luce in espansione, apparire a un'altitudine di 90 chilometri e durare non più di un millisecondo; una tempesta attiva può produrne migliaia nel giro di poche ore. Avviene tra 40 e 90 chilometri sopra la superficie terrestre, gli sprite hanno una struttura complessa di rami e viticci e possono durare fino a 10 millisecondi. I getti blu appaiono nella parte superiore delle nuvole temporalesche e si propagano ad altitudini fino a 50 chilometri. Occasionalmente, jet "gigantischi" possono propagarsi fino a 90 chilometri.

I TGF sono stati osservati scientificamente per la prima volta nel 1994 dal Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), una navicella spaziale della NASA schierata dalla navetta spaziale statunitense Atlantis. In determinate condizioni, le tempeste generano un brevissimo lampo di fotoni gamma. I TGF sono stati per un certo tempo considerati un evento raro che accompagnava gli sprite; ora sappiamo che sono generati dall'attività elettrica nelle nuvole. In mancanza degli strumenti giusti, il satellite italiano AGILE (2007) e il telescopio spaziale americano Fermi (2008) non sono stati in grado di confermare pienamente le attuali ipotesi sui meccanismi che li generano o stimarne il numero. Taranis porterà quindi nuove intuizioni su come vengono generati e sul loro impatto sulle radiazioni, che non è mai stato misurato prima.

In Francia, l'agenzia per l'energia atomica CEA ha rivolto per la prima volta la sua attenzione a questi eventi transitori e al loro impatto nel 1993. Il 9 dicembre 2010, il progetto ha ottenuto il via ufficiale dal Consiglio di Amministrazione del CNES. Taranis è una missione tutta francese con obiettivi scientifici fissati dai laboratori di ricerca francesi. Oltre al CEA, Il CNRS è strettamente coinvolto attraverso molti dei suoi laboratori di ricerca affiliati1:il laboratorio di fisica e chimica ambientale e spaziale LPC2E sta coordinando lo sviluppo del payload scientifico, è responsabile del centro di missione scientifica e fornisce strumenti; l'istituto di ricerca IRAP di astrofisica e planetologia, le atmosfere LATMOS, Il laboratorio di osservazione degli ambienti e dello spazio e il laboratorio di astroparticelle e cosmologia dell'APC stanno contribuendo al carico utile.

Altri strumenti su Taranis includono contributi esterni della Stanford University e del Goddard Space Flight Center (GSFC) negli Stati Uniti, l'Istituto di Fisica dell'Atmosfera (IAP) e l'Università Carlo nella Repubblica Ceca e il Centro di ricerca spaziale dell'Accademia polacca delle scienze (CBK).

Taranis ha un aspetto un po' diverso, in quanto al posto dell'isolamento in Mylar alluminato o dorato tradizionalmente utilizzato sui satelliti è rivestito con una speciale vernice bianca e nera. Non si tratta solo di attenzione ai dettagli estetici, lo scopo della vernice è quello di evitare di interferire con il campo elettrico circostante ed evitare che la luce riflessa interrompa i sensori ottici. Una caratteristica meno visibile ma fondamentale è il design originale del suo carico utile, composto da otto strumenti gestiti come una singola unità grazie a MEXIC, il cervello di Taranis che alimenta e sincronizza gli strumenti e gestisce il carico utile, esegue la strategia di trigger per catturare un evento e gestisce anche il trasferimento dei dati selezionati alla memoria di massa.

Primo piano del carico utile di Taranis:

• XGRE:tre rivelatori di raggi X e gamma per la misura di fotoni ad alta energia (da 50 keV a 10 MeV) ed elettroni relativistici (da 1 MeV a 10 MeV) – APC/IRAP/CNES
• MCP (MC-U e PH-U):due fotocamere (10 immagini al secondo) e quattro fotometri per misurare la luminanza in diverse bande spettrali:CEA/CNES
• IDEE:due rivelatori di elettroni ad alta energia (da 70 keV a 4 MeV) – IRAP/Charles University
• IMM:magnetometro a tre assi per misurare il campo magnetico alternato (da 5 Hz a 1 MHz) – LPC2E/Stanford University
• IME-HF:Antenna HF per la misura del campo elettrico ad alta frequenza (da 100 kHz a 35 MHz) – LPC2E/IAP
• IME-BF:strumento per la misura del campo elettrico a bassa frequenza (DC a 1 MHz) – LATMOS
• SI:sonda ionica per determinare le fluttuazioni del plasma termico—GSFC/LATMOS
• MEXIC:due unità elettroniche composte da otto analizzatori, ciascuno collegato a uno strumento. Alimenta ogni strumento, gestisce le modalità di carico utile e si interfaccia con la memoria di massa e il computer di bordo. MEXIC will also be tasked with synchronizing the instruments when events are detected (TLEs by MCP's photometers, TGFs by XGRE, electron beams by IDEE, wave bursts by IME-HF) – LPC2E/CBK

For two to four years, Taranis will scan regions of the sky where storm activity is intense and the probability of seeing TLEs and/or TGFs high. While it may be a national program, its results are eagerly awaited by the wider international scientific community. In atmospheric chemistry and physics, environmental science, climatology, high-energy astrophysics and many more fields besides, Taranis is set to reveal new insights—and science efforts won't end there, as the mission will undoubtedly pave the way for future investigations.