Contrariamente alla credenza popolare, il fulmine spesso colpisce due volte, ma il motivo per cui un canale di fulmini viene "riutilizzato" è rimasto un mistero. Ora, un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Groningen ha utilizzato il radiotelescopio LOFAR per studiare lo sviluppo dei fulmini con dettagli senza precedenti. I risultati sono stati pubblicati il ​​18 aprile sulla rivista scientifica Natura .

Il team ha utilizzato il radiotelescopio LOFAR per studiare lo sviluppo dei fulmini con dettagli senza precedenti. Il loro lavoro rivela che le cariche negative all'interno di una nuvola temporalesca non vengono scaricate tutte in un singolo lampo, ma sono in parte immagazzinati a fianco del canale leader in caso di interruzioni, a strutture che i ricercatori chiamano aghi. Ciò può causare una scarica ripetuta a terra.

aghi

"Questo risultato è in netto contrasto con il quadro attuale, in cui la carica scorre lungo i canali del plasma direttamente da una parte all'altra della nuvola, o a terra, " spiega Olaf Scholten, professore di fisica presso l'istituto KVI-CART dell'Università di Groningen. Non è mai stato possibile osservare gli aghi prima delle "capacità supreme" di LOFAR, aggiunge il suo collega Dr. Brian Hare, primo autore del saggio. "Questi aghi possono avere una lunghezza di 100 metri e un diametro inferiore a cinque metri, e sono troppo piccoli e di breve durata per altri sistemi di rilevamento dei fulmini."

L'array a bassa frequenza (LOFAR) è un radiotelescopio olandese composto da migliaia di semplici antenne sparse nel Nord Europa. Queste antenne sono collegate ad un computer centrale tramite cavi in ​​fibra ottica, il che significa che possono operare come un'unica entità. LOFAR è sviluppato principalmente per osservazioni di radioastronomia, ma la gamma di frequenza delle antenne lo rende adatto anche alla ricerca sui fulmini, poiché le scariche producono raffiche nella banda radio VHF (frequenza molto alta).

Per le presenti osservazioni sui fulmini, gli scienziati hanno utilizzato solo le stazioni LOFAR olandesi, che coprono un'area di 3, 200 chilometri quadrati. Questo nuovo studio ha analizzato le tracce temporali grezze (precise fino a un nanosecondo) misurate nella banda 30-80 MHz. Brian Hare dice, "Questi dati ci consentono di rilevare la propagazione dei fulmini su una scala in cui, per la prima volta, possiamo distinguere i processi primari. Per di più, l'uso delle onde radio ci permette di guardare dentro la nuvola temporalesca, dove risiede la maggior parte dei fulmini."

I fulmini si verificano quando forti correnti ascensionali generano una sorta di elettricità statica in grandi cumulonembi. Parti della nuvola si caricano positivamente e altre negativamente. Quando questa separazione di carica è abbastanza grande, avviene una violenta scarica di fulmini. Tale scarica inizia con un plasma, una piccola area di aria ionizzata abbastanza calda da essere elettricamente conduttiva. Questa piccola area si sviluppa in un canale del plasma biforcuto che può raggiungere lunghezze di diversi chilometri. Le punte positive del canale plasma raccolgono cariche negative dalla nuvola, che passano attraverso il canale alla punta negativa, dove si scarica la carica. Era già noto che una grande emissione VHF viene prodotta alle punte crescenti dei canali negativi mentre i canali positivi mostrano emissioni solo lungo il canale, non in punta.

Un nuovo algoritmo

Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo algoritmo per i dati LOFAR, consentendo loro di visualizzare le emissioni radio VHF da due lampi. L'array di antenne e il timestamp molto preciso su tutti i dati ha permesso loro di individuare le fonti di emissione con una risoluzione senza precedenti. "Vicino all'area centrale di LOFAR, dove la densità dell'antenna è più alta, la precisione spaziale era di circa un metro, " dice il professor Scholten. Inoltre, i dati ottenuti hanno localizzato 10 volte più sorgenti VHF rispetto ad altri sistemi di imaging tridimensionale, con una risoluzione temporale dell'ordine dei nanosecondi. Ciò ha prodotto un'immagine 3D ad alta risoluzione della scarica del fulmine.

I risultati mostrano chiaramente il verificarsi di un'interruzione nel canale di scarico in una posizione in cui si formano gli aghi. Questi sembrano scaricare cariche negative dal canale principale, che successivamente rientrano nel cloud. La riduzione delle cariche nel canale provoca la rottura. Però, una volta che la carica nella nuvola diventa di nuovo abbastanza alta, il flusso attraverso il canale viene ripristinato, portando a una seconda scarica di fulmini. Con questo meccanismo, un fulmine colpirà ripetutamente la stessa area.

Scholten dice, "Le emissioni VHF lungo il canale positivo sono dovute a scariche ripetute piuttosto regolarmente lungo canali laterali precedentemente formati, gli aghi. Questi aghi sembrano drenare le cariche in modo pulsato".

"Questo è un fenomeno totalmente nuovo, " aggiunge il professor Joe Dwyer dell'Università del New Hampshire (U.S.A.), terzo autore dell'articolo:"Le nostre nuove tecniche di osservazione mostrano abbondanti quantità di aghi nel lampo, che non si erano mai visti prima".

Brian Hare conclude:"Da queste osservazioni, vediamo che una parte del cloud viene ricaricata, e possiamo capire perché una scarica di fulmini a terra può ripetersi alcune volte."