Uno studio 3D dettagliato di una massiccia scarica elettrica che è salita a 50 miglia nello spazio sopra un temporale dell'Oklahoma ha fornito nuove informazioni su un fenomeno atmosferico elusivo noto come getti giganti. La scarica dell'Oklahoma è stato il jet gigantesco più potente studiato finora, trasportando 100 volte più carica elettrica di un tipico fulmine temporalesco.

Il gigantesco getto ha spostato circa 300 coulomb di carica elettrica nella ionosfera, il bordo inferiore dello spazio, dal temporale. I tipici fulmini trasportano meno di cinque coulomb tra la nuvola e il suolo o all'interno delle nuvole. La scarica verso l'alto includeva streamer di plasma relativamente freddi (circa 400 gradi Fahrenheit), nonché strutture chiamate leader che sono molto calde, più di 8.000 gradi Fahrenheit.

"Siamo stati in grado di mappare questo gigantesco jet in tre dimensioni con dati di altissima qualità", ha affermato Levi Boggs, ricercatore presso il Georgia Tech Research Institute (GTRI) e autore corrispondente dell'articolo. "Siamo stati in grado di vedere sorgenti ad altissima frequenza (VHF) sopra la sommità della nuvola, che non erano mai state viste prima con questo livello di dettaglio. Utilizzando i dati satellitari e radar, siamo stati in grado di scoprire dove si trova la parte leader molto calda della scarica si trovava sopra la nuvola."

Boggs ha lavorato con un team di ricerca multi-organizzazione, tra cui l'University Space Research Association (USRA), la Texas Tech University, l'Università del New Hampshire, la Politecnica de Catalunya, la Duke University, l'Università dell'Oklahoma, il National Severe Storms Laboratory della NOAA e il Laboratorio nazionale di Los Alamos. La ricerca è riportata il 3 agosto in Science Advances .

Steve Cummer, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Duke, utilizza le onde elettromagnetiche emesse dai fulmini per studiare il potente fenomeno. Gestisce un sito di ricerca in cui sensori simili ad antenne convenzionali sono disposti in un campo altrimenti vuoto, in attesa di raccogliere segnali da tempeste locali.

"I segnali VHF e ottici hanno confermato definitivamente ciò che i ricercatori avevano sospettato ma non ancora provato:che la radio VHF dei fulmini è emessa da piccole strutture chiamate streamer che si trovano proprio sulla punta del fulmine in via di sviluppo, mentre la corrente elettrica più forte scorre in modo significativo dietro questo punta in un canale elettricamente conduttore chiamato leader", ha detto Cummer.

Doug Mach, coautore del documento presso l'University Space Research Association (USRA), ha affermato che lo studio è stato unico nel determinare che le posizioni 3D per le emissioni ottiche dei fulmini erano ben al di sopra delle cime delle nuvole.

"Il fatto che il gigantesco jet sia stato rilevato da diversi sistemi, tra cui il Lightning Mapping Array e due strumenti geostazionari di fulmini ottici, è stato un evento unico e ci fornisce molte più informazioni sui giganteschi jet", ha detto Mach. "Ancora più importante, questa è probabilmente la prima volta che un gigantesco jet è stato mappato tridimensionalmente sopra le nuvole con il set di strumenti Geostationary Lightning Mapper (GLM)".

Giganteschi getti sono stati osservati e studiati negli ultimi due decenni, ma poiché non esiste un sistema di osservazione specifico per cercarli, i rilevamenti sono stati rari. Boggs ha appreso dell'evento dell'Oklahoma da un collega, che gli ha parlato di un gigantesco jet che era stato fotografato da un cittadino-scienziato che aveva una macchina fotografica in condizioni di scarsa illuminazione in funzione il 14 maggio 2018.

Per fortuna, l'evento si è svolto in un luogo con un vicino sistema di mappatura dei fulmini VHF, nel raggio di due posizioni di Next Generation Weather Radar (NEXRAD) e accessibile agli strumenti sui satelliti della rete Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) della NOAA. Boggs ha stabilito che i dati di quei sistemi erano disponibili e ha collaborato con i colleghi per riunirli per l'analisi.

"I dati dettagliati hanno mostrato che quegli streamer freddi iniziano la loro propagazione proprio sopra la cima della nuvola", ha spiegato Boggs. "Si propagano fino alla ionosfera inferiore fino a un'altitudine di 50-60 miglia, creando un collegamento elettrico diretto tra la sommità della nuvola e la ionosfera inferiore, che è il bordo inferiore dello spazio."

Quella connessione trasferisce migliaia di ampere di corrente in circa un secondo. La scarica verso l'alto ha trasferito la carica negativa dalla nuvola alla ionosfera, tipica dei getti giganteschi.

I dati hanno mostrato che quando la scarica è salita dalla sommità della nuvola, le sorgenti radio VHF sono state rilevate ad altitudini comprese tra 22 e 45 chilometri (da 13 a 28 miglia), mentre le emissioni ottiche dei capi fulmini sono rimaste vicino alla sommità della nuvola ad un'altitudine compresa tra 15 e 28 miglia. 20 chilometri (da 9 a 12 miglia). I dati ottici e radio 3D simultanei indicano che le reti di fulmini VHF rilevano le emissioni della corona streamer piuttosto che del canale principale, il che ha ampie implicazioni per la fisica dei fulmini oltre a quella dei getti giganteschi.

Perché i giganteschi jet sparano carica nello spazio? I ricercatori ipotizzano che qualcosa possa bloccare il flusso di carica verso il basso o verso altre nuvole. I registri dell'evento dell'Oklahoma mostrano poca attività di fulmini dalla tempesta prima che sparasse il gigantesco jet da record.

"Per qualsiasi motivo, di solito c'è una soppressione degli scarichi da nuvola a terra", ha detto Boggs. "C'è un accumulo di carica negativa, e quindi pensiamo che le condizioni nella parte superiore della tempesta indeboliscano lo strato di carica più alto, che di solito è positivo. In assenza delle scariche di fulmini che vediamo normalmente, il getto gigantesco può alleviare l'accumulo di eccesso di carica negativa nel cloud."

Per ora, ci sono molte domande senza risposta sui giganteschi jet, che fanno parte di una classe di misteriosi eventi luminosi transitori. Questo perché le loro osservazioni sono rare e accadono per caso, da parte di piloti o passeggeri di aerei che li vedono o osservatori a terra che utilizzano telecamere a scansione notturna.

Le stime per la frequenza dei getti giganteschi vanno da 1.000 all'anno fino a 50.000 all'anno. Sono stati segnalati più spesso nelle regioni tropicali del globo. Tuttavia, il gigantesco jet dell'Oklahoma, che era due volte più potente del successivo più potente, non faceva parte di un sistema di tempeste tropicali.

Al di là della loro novità, giganteschi jet potrebbero avere un impatto sul funzionamento dei satelliti in orbita terrestre bassa, ha detto Boggs. Man mano che vengono lanciati più di questi veicoli spaziali, il degrado del segnale e i problemi di prestazioni potrebbero diventare più significativi. I giganteschi jet potrebbero anche influenzare tecnologie come i radar oltre l'orizzonte che rimbalzano le onde radio dalla ionosfera.

Boggs è affiliato al Severe Storms Research Center, che è stato istituito presso il GTRI per sviluppare tecnologie avanzate per l'avviso di forti tempeste, come i tornado, che sono comuni in Georgia. Il lavoro su getti giganteschi e altri fenomeni atmosferici fa parte di questo sforzo. + Esplora ulteriormente

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