Posizione dei rilevatori nella centrale nucleare di Kashiwazaki-Kariwa. I cerchi arancioni mostrano i rilevatori A–C, posti di monitoraggio cerchi blu (MP), e la stella verde la posizione stimata in cui si è svolto il TGF. La dimensione dei cerchi blu indica la dose del presente TGF. Le croci rosse e le ellissi tratteggiate mostrano le posizioni delle scariche dei fulmini e i loro errori segnalati da JLDN, rispettivamente. I numeri 1-3 indicano l'ordine temporale di questi scarichi. I rilevatori B e MP6 sono installati co-spaziali. I dati MP8 non erano disponibili nel presente studio. Credito:Wada et al.
Il fulmine è un fenomeno unico e affascinante che è stato studiato per secoli. Sebbene ora abbiamo una migliore comprensione di questo spettacolo naturale, molti dei suoi segreti devono ancora essere scoperti.
Per diversi decenni, i ricercatori sapevano che i fulmini sono accompagnati da lampi di raggi gamma, un tipo di radiazione elettromagnetica. Questi flash possono essere rivolti verso il basso (cioè diretti a terra) o rivolti verso l'alto (cioè diretti verso l'alto nello spazio).
La maggior parte degli studi passati ha osservato questi lampi dallo spazio, e si sono quindi concentrati principalmente sui lampi di raggi gamma rivolti verso l'alto. In un nuovo interessante studio, un team di ricerca dell'Università di Tokyo e di altre università giapponesi ha studiato per la prima volta le emissioni di raggi gamma verso il basso che si verificano durante i temporali. La loro carta, pubblicato in Lettere di revisione fisica , conferma che i flash rivolti verso il basso sono gli stessi di quelli diretti verso l'alto, e che non sono dannosi per le persone sulla Terra.
"Dagli anni '90, intense emissioni di raggi gamma chiamate lampi di raggi gamma terrestri (TGF) sono state osservate da satelliti in orbita in coincidenza con scariche di fulmini, "Yuki Wada, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Mentre di solito sono diretti dai temporali nello spazio, alcuni di quelli, chiamati TGF ribassisti, vai a terra. Però, è stato difficile misurare i loro flussi di raggi gamma a terra perché i TGF verso il basso si verificano più vicino ai rilevatori di raggi gamma e li saturano".
Nel loro studio, Wada e i suoi colleghi hanno studiato i lampi di raggi gamma che si sono verificati il 24 novembre 2017 durante un forte temporale invernale. In quella data, i rilevatori di radiazioni installati a livello del mare presso la centrale nucleare di Kashiwazaki-Kariwa in Giappone hanno rilevato un forte scoppio di raggi gamma, che ha coinciso con una potente scarica di fulmini. Studiando i dati raccolti da questi rivelatori, i ricercatori hanno raccolto le primissime osservazioni di TGF associati ai fulmini diretti a terra.
"Abbiamo usato due tipi di rilevatori di radiazioni, " ha spiegato Wada. "Uno ha una migliore risoluzione temporale e sensibilità ai raggi gamma, ma potrebbe essere facilmente saturato da alti flussi di TGF verso il basso. Viene utilizzato per confermare il verificarsi di TGF ribassisti. L'altro sono i dosimetri di gas gestiti dalla Tokyo Electric Power Company Holdings. Questi hanno una risoluzione temporale inferiore rispetto ai primi, ma sopportano velocità di raggi gamma molto più elevate."
Sorprendentemente, Wada e i suoi colleghi sono i primi a misurare con successo le dosi di radiazioni a terra dei TGF rivolti verso il basso. Inoltre, misurando i raggi mediante dosimetri di gas multipli, hanno ottenuto dati di alta qualità in più punti di osservazione.
I ricercatori sono stati in grado di accertare l'accuratezza delle simulazioni Monte-Carlo che avevano creato, che erano paragonabili ai dati di alta qualità. Questo alla fine ha permesso loro di scoprire le caratteristiche fisiche chiave dei TGF rivolti verso il basso, compresa la loro origine all'interno della nuvola temporalesca.
"Si pensa che i TGF abbiano origine da elettroni energetici che accelerano nei fulmini, " Wada ha detto. "Tuttavia, la densa atmosfera sulla Terra impedisce agli elettroni di ottenere energia relativistica. Siamo convinti che le osservazioni dei TGF al ribasso giocheranno un ruolo importante nel trovare risposte a questa domanda, perché possono essere osservati da molteplici e più vicini apparati a terra."
Le osservazioni raccolte da Wada e dai suoi colleghi hanno numerose implicazioni interessanti. in primo luogo, il loro lavoro conferma che i TGF verso il basso sono intrinsecamente lo stesso fenomeno dei TGF verso l'alto che sono stati precedentemente osservati dallo spazio.
I loro risultati suggeriscono anche che i TGF sono abbastanza sicuri per le persone a terra nell'area in cui si sta verificando un temporale. D'altra parte, la posizione all'interno di una nuvola da cui ha origine il TFG potrebbe non essere molto sicura.
Oltre ad ampliare la nostra comprensione dei lampi di raggi gamma che si verificano durante i temporali, lo studio condotto da questo team di ricercatori ha svelato alcuni limiti dei rilevatori comunemente utilizzati per raccogliere dati durante i temporali. Ciò potrebbe favorire lo sviluppo di nuovi strumenti per migliorare il rilevamento, portando infine alla raccolta di dati di qualità superiore utilizzando i monitor delle radiazioni.
"Il nostro gruppo sta ora realizzando una nuova rete di monitoraggio delle radiazioni nella città di Kanazawa in Giappone, che è famoso per i fulmini invernali potenti e frequenti, "Teru Enoto, un altro ricercatore coinvolto nello studio, ha detto a Phys.org. "Questa rete ci fornirà un numero molto maggiore di eventi ad alta energia in caso di fulmini, simile a questo evento. Stiamo anche collaborando con i cittadini sostenitori per coprire un'area più ampia con rilevatori di radiazioni portatili. Siamo molto entusiasti di rivelare i misteri dei fulmini attraverso il nostro approccio a sostegno dei cittadini e di scienza aperta".
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