Misurato lo spettro di emissione di un fulmine globulare

Figure 1

(Photocredit: J. Cen, P. Yuan, and S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)).

Per secoli i fulmini globulari (o, più semplicemente, palle di luce) sono stati tra i fenomeni naturali più misteriosi, così rari e transitori da poter essere difficilmente studiati. Oggi, grazie ad un esperimento condotto in Cina, è stata ottenuta la prima misurazione del loro spettro di emissione. I risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

Il fulmine globulare di solito appare durante i temporali come un bagliore che può avere le dimensioni di una pallina da golf fino a diversi metri di diametro. Il bagliore “galleggia” in aria per un periodo molto breve, compreso tra un secondo e decine di secondi. Ci sono molti rapporti storici di queste “palle di fuoco” che hanno favorito la nascita di soluzioni pseudoscientifiche o, peggio, di spiegazioni soprannaturali. Nulla di tutto ciò. I primi dati confermano soltanto un’ipotesi molto in voga: la palla incandescente è composta da elementi provenienti dal suolo.

Le teorie scientifiche sui fulmini globulari abbondano, ma con diversi gradi di plausibilità. Si va da chi pensa a palle di plasma create “artificialmente” passando da intensi campi a microonde attraverso l’aria (1), a chi le ritiene il prodotto di scariche elettriche sottomarine (2). Purtroppo non si sa molto delle caratteristiche ambientali in cui si formano e questo costituisce il principale ostacolo per verificare sperimentalmente queste supposizioni. Una teoria abbastanza popolare è la seguente: il fulmine globulare si produrrebbe quando un fulmine ordinario colpisce il terreno e vaporizza parte dei minerali – soprattutto silicati. Attraverso reazioni chimiche, il carbonio e i silicati creano un gas di atomi di silicio molto energetici; questi poi si ricombinano per formare nanoparticelle o filamenti che, pur galleggiando in aria, reagiscono con l’ossigeno rilasciando calore ed emettendo luce (3). Se questa spiegazione è corretta, ci si dovrebbe aspettare di vedere vere e proprie strisce di emissione atomiche di silicio (e di altri elementi del terreno) presenti nello spettro.

Questo è ciò che Ping Yuan e i suoi collaboratori della Northwest Normal University di Lanzhou, segnalano. Avevano montato spettrometri a Qinghai Plateau, in una zona a nord-ovest della Cina, per indagare un fulmine ordinario. Durante una tempesta a tarda sera nel luglio del 2012, hanno visto formarsi fulmini globulari subito dopo un fulmine a circa 900 metri dal loro apparato e sono stati in grado di registrare uno spettro e girare un video dell’alta velocità con cui si muoveva la palla luminosa.

Il bagliore registrato è di circa 5 metri di diametro, ma la dimensione effettiva della palla era molto più piccola; anche se l’oscurità della notte ha impedito ai ricercatori di stimare l’altezza della palla, l’hanno comunque vista percorrere la deriva orizzontale del cielo per circa 10 metri e salire di circa 3 metri. Lo spettro conteneva diverse righe di emissione tra silicio, ferro e calcio – tutti elementi abbondanti nel suolo di quella regione (resta il dubbio se ci fosse anche alluminio). L’osservazione fortuita di questo fenomeno è indubbiamente senza precedenti: siamo tuttavia lontani da avere gli strumenti per replicare in laboratorio un fenomeno del genere. Fonte: http://www.physics.aps.org/articles/v7/5).

Papers di riferimento (nell’ordine in cui sono state enunciate):

(1)     Y. H. Ohtsuki e H. Ofuruton, “Plasma Fireballs Formed by Microwave Interference in Air,” in Nature 350, 139 (1991).

(2)     Y. Sakawa, K. Sugiyama, T. Tanabe, e R. More, “Fireball Generation in a Water Discharge,” in J. Plasma Fusion Res. 1, 039 (2006).

(3)     J. Abrahamson e J. Dinniss, “Ball Lightning Caused by Oxidation of Nanoparticle Networks from Normal Lightning Strikes on Soil,” in Nature 403, 519 (2000).

Il nuovo studio si intitola: Jianyong Cen, Ping Yuan, e Simin Xue, “Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning,” in Phys. Rev. Lett. 112, 035001 (2014).

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