Questa fotografia di fulmini è stata scattata dalla Repubblica Ceca nell'agosto 2017 ed è stata la prima volta che un evento di questo tipo ha lasciato la sua firma simultaneamente nei dati satellitari. Due dei satelliti Swarm dell'ESA hanno registrato perturbazioni nei dati del loro campo magnetico mentre passavano sulla Polonia. La distanza tra le tracce al suolo dei satelliti e il centro della tempesta era di circa 500 km. L'evento ha causato fluttuazioni nel campo magnetico scalare con ampiezze che raggiungono 0,2 nT. Ora è stato pubblicato un articolo scientifico sull'utilizzo di Swarm per fornire prove dei collegamenti tra eventi luminosi transitori e fluttuazioni del campo magnetico nella ionosfera superiore. Credito:M. Popek
Conosciamo tutti i fulmini che accompagnano i forti temporali. Mentre questi lampi hanno origine nelle nuvole temporalesche e colpiscono verso il basso, un tipo molto più elusivo si forma più in alto nell'atmosfera e si proietta verso lo spazio. Così, quali sono le possibilità che qualcuno scatti fotografie di questi raramente visti, brevi "eventi luminosi transitori" nello stesso momento in cui un satellite orbita direttamente sopra con l'evento che lascia la sua firma nei dati del satellite?
La probabilità che ciò accada potrebbe sembrare piuttosto remota, ma, notevolmente, un osservatore dell'Istituto ceco di fisica dell'atmosfera, che è anche un appassionato "cacciatore di fulmini", ha scattato fotografie di questi eventi luminosi transitori che non solo coincidono con le misurazioni effettuate dalla missione satellitare Swarm dell'ESA, ma anche con registrazioni prese da terra.
Questa straordinaria coincidenza a tre vie sta portando a una migliore comprensione di come questo tipo di fulmine si propaga nello spazio. Inoltre, queste nuove scoperte potrebbero potenzialmente migliorare i modelli scientifici della parte ionizzata dell'atmosfera superiore della Terra:la ionosfera.
Gli eventi luminosi transitori sono fenomeni ottici che si verificano in alto nell'atmosfera e sono legati all'attività elettrica nei temporali sottostanti. sono molto brevi, durata da meno di un millisecondo a due secondi, e raramente visto da terra. Di solito vengono catturati solo da apparecchiature fotografiche sensibili e, perché emettono una luce debole, le fotografie possono essere scattate solo di notte.
Esistono diversi tipi di eventi luminosi transitori come sprite, getti ed elfi, ognuno con le proprie caratteristiche.
sprite, per esempio sono grandi scariche elettriche che si verificano ad un'altitudine di circa 50-90 km, sopra grandi sistemi temporaleschi. Sembrano grandi, ma deboli lampi di rosso e di solito si verificano contemporaneamente al fulmine nuvola-terra che tutti conosciamo.
Gli scienziati sono da tempo interessati a capire se i fulmini che si propagano verso l'alto nella ionosfera possono causare fluttuazioni nel campo magnetico terrestre. La ionosfera è una parte molto attiva dell'atmosfera, rispondendo all'energia che assorbe dal Sole. I gas nella ionosfera sono eccitati dalla radiazione solare per formare ioni, che hanno una carica elettrica.
Un documento, pubblicato di recente in Lettere di ricerca geofisica , descrive come gli scienziati dei centri di ricerca in Polonia hanno utilizzato i dati del campo magnetico dalla costellazione di satelliti Swarm dell'ESA, osservazioni di fulmini dal Geostationary Lightning Mapper e dal World Extremely Low Frequency Radiolocation Array (WERA) a terra per fornire prove dei collegamenti tra eventi luminosi transitori e fluttuazioni del campo magnetico nella ionosfera superiore.
Swarm è la prima costellazione di satelliti per l'osservazione della Terra dell'ESA. I tre satelliti identici vengono lanciati insieme su un razzo. Due satelliti orbitano quasi fianco a fianco alla stessa altitudine - inizialmente a circa 460 km, scendendo a circa 300 km durante la vita della missione. Il terzo satellite si trova in un'orbita più alta di 530 km e con un'inclinazione leggermente diversa. Le orbite dei satelliti si spostano, con il risultato che il satellite superiore incrocia il percorso dei due inferiori con un angolo di 90° nel terzo anno di attività. Le diverse orbite insieme ai vari strumenti dei satelliti ottimizzano il campionamento nello spazio e nel tempo, distinguendo tra gli effetti di diverse fonti e forze del magnetismo. Credito:ESA/AOES Medialab
Ewa Slominska, da una piccola azienda che collabora con il Centro di ricerca spaziale polacco, spiegato, "I fulmini possono generare fluttuazioni di frequenza ultrabassa che si riversano nella ionosfera superiore. Ciò significa che alcuni fulmini sono così potenti da innescare disturbi nel campo magnetico terrestre e propagarsi a centinaia di chilometri verso l'alto dal temporale, raggiungere l'altezza dell'orbita di Swarm.
"Sebbene l'obiettivo principale di Swarm sia misurare i lenti cambiamenti nel campo magnetico, è evidente che la missione può anche rilevare rapide fluttuazioni sul campo. Però, Swarm può farlo solo se uno dei satelliti è nelle immediate vicinanze del temporale attivo e se il fulmine è abbastanza forte".
Janusz Mlynarczyk, dall'AGH University of Science and Technology di Cracovia, aggiunto, "Utilizzando le tre stazioni del sistema WERA, siamo in grado di localizzare potenti scariche atmosferiche che si verificano ovunque sulla Terra e ricostruire i loro parametri fisici più importanti. Ciò è possibile grazie ad una bassissima attenuazione delle onde elettromagnetiche a Frequenza Estremamente Bassa (ELF) che queste scariche generano.
"Potenti onde ELF possono persino propagarsi in tutto il mondo alcune volte ed essere ancora visibili nelle nostre registrazioni. Tali fonti potenti includono scariche associate a sprite. L'energia elettrostatica accumulata rilasciata e osservata da Swarm era vicina a 120 GJ, che equivale all'energia rilasciata nella detonazione di 29 tonnellate di tritolo.
Sprite e presidi osservati nelle campagne vicino a Nýdek. Sebbene la missione Swarm dell'ESA non abbia registrato questo particolare evento, la foto, presa da Martin Popek, mostra quanto siano mozzafiato questi eventi luminosi transitori (TLE). Martin ha catturato per la prima volta i TLE il 22 maggio 2011 e da allora ha osservato 3781 eventi, la maggior parte dei quali nel 2017. Il numero medio di TLE per tempesta attiva è di 9,87 e 11,28 per notte di osservazione. Altre immagini possono essere trovate sulla pagina web di Martin. Credito:M. Popek
"Anche se sappiamo che ogni fulmine trasporta molta energia, è chiaro che questa classe di fulmini è molto più potente. Un singolo fulmine di normale fulmine, invisibile agli strumenti di Swarm, trasporta energia sufficiente per caricare 20 auto elettriche, ma l'energia prodotta da un evento luminoso transitorio sarebbe sufficiente per caricare più di 800 veicoli".
Un aspetto notevole di tutto questo è che uno dei membri del team scientifico, Martin Popek, è appassionato di catturare sprite, getti ed elfi sulla macchina fotografica. Le sue fotografie si stanno rivelando molto preziose per la ricerca del team in quanto hanno coinciso con le misurazioni effettuate da Swarm e dal ground array.
Scienziato della missione Swarm dell'ESA, Roger Haagmans, commentato, "È sorprendente che Martin riesca a catturare eventi così fugaci sulla fotocamera, ma ciò che è veramente notevole è che la sua dedizione a questo tipo di fotografia ha coinciso con le misurazioni della nostra missione Swarm. Le sue foto aggiungono un'altra dimensione alla ricerca e stiamo sicuramente raccogliendo i frutti del suo impegno a stare fuori al freddo e al buio!"
