Red sprites e TLE
Forse qualche volta vi sarà capitato di imbattervi in una foto in cui si vede un temporale in lontananza con delle formazioni luminose, di solito rosse e dalla forma strana, sopra.
Sono i cosiddetti red sprites, e si tratta di grandi scariche elettriche che avvengono parecchi km al di sopra delle nubi temporalesche, negli strati più alti dell’atmosfera. Pensate che la loro estensione in altezza può raggiungere anche i 50 km! Per confronto un cumulonembo al massimo può arrivare fino a 15-16 km di altezza, o comunque non può estendersi oltre la tropopausa.
I red sprites fanno parte di un gruppo di fenomeni luminosi chiamati TLE (in inglese transient luminous events). Sono tutti collegati ai temporali e appaiono in cielo per poche frazioni di secondo con forme e colori diversi.
Come si formano?
L’evento che dà origine a queste scariche elettriche nell’alta atmosfera avviene molto più in basso, dentro il temporale. Si tratta del forte cambiamento di campo elettrico generato da un fulmine molto esteso orizzontalmente. Questi sono spesso fulmini positivi, che partono dalla sommità della nube carica positivamente e si scaricano al suolo attorno al temporale, che ha carica negativa.
L’impatto del fulmine inverte la carica elettrica alle sue estremità, con il suolo che acquista carica positiva e la parte alla del cumulonembo che si carica negativamente.
A questo punto però andiamo a vedere cosa succede ancora più in alto. Intorno ai 100 km di quota, nella parte bassa della ionosfera, sono presenti cariche positive. È proprio questo nuovo squilibrio di carica tra la sommità delle nubi e la ionosfera, innescato dal fulmine positivo, che crea le condizioni per l’innesco degli sprites.
Altri TLE
Un altro tipo di TLE sono i blue jets. Questi appaiono quando la scarica principale di un fulmine positivo esce dalla parte alta del cumulonembo entrando nella stratosfera. Qui, l’aria rarefatta e la pressione molto più bassa causano una trasformazione nella scarica elettrica, che diventa un alone blu-azzurro più o meno steso verso l’alto.
In alcuni casi i blue jets sono estremamente intensi e si propagano molto più in alto, con il loro colore che vira verso il rosso formando gli spettacolari quanto rari gigantic jets.
I colori
Perché alcuni sono rossi e alcuni blu? E altri, anzi in realtà un solo altro, scoperto pochissimo tempo fa, è verde?
È un po’ come il meccanismo delle aurore boreali. Quando l’energia sotto forma di particelle cariche colpisce gli atomi presenti nell’atmosfera, questi passano in stato eccitato. Quando rilasciano questa energia per tornare allo stato iniziale, emettono luce in lunghezze d’onda che cambiano in base all’elemento chimico.
L’azoto, di cui è quasi esclusivamente composta la parte di atmosfera in cui si formano gli sprites e gli altri TLE, può emettere luce nello spettro del rosso o del blu a seconda della pressione atmosferica. Ecco perché i fenomeni che avvengono più in alto, dove la pressione è più bassa, appaiono rossi mentre quelli più bassi, dove la pressione è maggiore, sono blu.
Nelle aurore boreali, che si formano nella zona otre i 100 km di quota in cui l’atmosfera è quasi completamente formata da ossigeno, la luce emessa è verde. Questo perché proprio verde è lo spettro di emissione dell’ossigeno.
Ma abbiamo detto che c’è anche un TLE che appare verde no?
Nel 2019 Hank Schyma e Paul Smith, analizzando diverse riprese, hanno scoperto che negli sprites più intensi si formava un leggero alone di colore verde nella parte più alta, che rimaneva visibile leggermente più a lungo del resto dello sprite.
Queste scariche erano così potenti da riuscire a eccitare parte dell’ossigeno presente nello strato ancora più alto dell’atmosfera, dove si formano le aurore. Il nuovo fenomeno è stato chiamato GhOST. Un nome misterioso e poetico ma che è l’abbreviazione di green emissions from excited oxygen in sprite tops!