Ogni giorno in tutto il mondo si formano 8,6 milioni di fulmini, ma fino ad ora ci sono stati interrogativi sui meccanismi fisici coinvolti nelle scariche ”sfalsate” di fulmini, un fenomeno che ha sconcertato gli scienziati per decenni.
I ricercatori dell’Università del South Australia hanno risolto un mistero che ha afflitto la comunità scientifica per più di 50 anni spiegando le condizioni ambientali all’origine del percorso a zig-zag dei fulmini dal cielo al suolo. Il fulmine è un fenomeno naturale che si verifica durante un temporale, in cui una potente scarica elettrostatica di milioni di volt proveniente dalle nuvole colpisce la terra. Nonostante ci siano circa 8,6 milioni di fulmini al giorno in tutto il mondo, fino ad ora rimanevano ancora irrisolti gli interrogativi sui meccanismi fisici all’origine della loro forma. “Ci sono alcune pubblicazioni di testo sui fulmini, ma nessuno spiega come si formano questi zigzag (chiamati gradini), perché la colonna elettricamente conduttiva che collega i gradini alla nuvola rimane scura e come i fulmini possono viaggiare per miglia“, ha commentato l’accademico John Lowke.
Nei fulmini si osservano due processi principali, che sono una scarica elettrica, nota come leader, e una scarica di ritorno. Generalmente, una nuvola può emettere da quattro a cinque leader deboli, che vengono osservate come ramificazioni nel cielo. Nel loro cammino verso terra, queste scariche presentano un movimento ”sfalsato”. Secondo gli specialisti, la prima di questa scarica a raggiungere la terra dà inizio al fulmine, mentre le altre scompaiono. La fotografia ad alta velocità catturata 50 anni fa ha mostrato i leader che avanzavano giù dalla nuvola in “passi” lunghi circa 50 metri. I ricercatori hanno osservato che ogni passo diventava più luminoso ogni milionesimo di secondo, finendo nella completa oscurità. Dopo altri 50 milionesimi di secondo si forma un altro ”gradino”, ovvero la sezione della forma di zigzag, alla fine di uno precedente, ma i gradini precedenti rimangono oscuri. Dopo aver analizzato l’immagine, sono sorte domande su come questi gradini potessero essere collegati elettricamente senza un mezzo visibile e su cosa accadesse durante i periodi di oscurità tra i gradini. In una nuova ricerca dell’università australiana, pubblicata sul Journal of Physics, questa situazione è stata spiegata come dovuta a “molecole di ossigeno metastabili singlet-delta“, che si creano dalla collisione tra elettroni energetici, che vengono eccitati dai campi elettrici tra le nuvole e le molecole di ossigeno. L’accumulo delle molecole di ossigeno metastabili e degli elettroni produce un breve passo altamente conduttivo che si illumina intensamente in un milionesimo di secondo. Dopo 50 milionesimi di secondo, questo passo ridistribuisce il campo elettrico nell’aria, provocando un’altra sezione della scarica, e così via. Successivamente, le molecole di ossigeno metastabili formano una colonna fino alla nuvola. Quando gli elettroni si uniscono alle molecole neutre di ossigeno rendono elettricamente conduttiva la colonna che, non necessitando di campo elettrico, non emetterà luce rimanendo nel buio.
