Come si producono raggi X nei fulmini

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Nessuno sa perché i fulmini producano raggi X: sebbene in essi si generino temperature cinque volte maggiori di quelle della superficie del Sole, si tratta di valori ancora migliaia di volte inferiori a quelli necessari per produrre i raggi X osservati.

Si è sempre più vicini a comprendere quale sia la sorgente dei raggi X emessi dai fulmini: è questa la conclusione di uno studio dell’Università della Florida e del Florida Institute of Technology (FIT) pubblicato sulla versione online della rivista "Geophysical Research Letters".
“Da un punto di vista pratico, il nostro obiettivo è avvicinarci alla possibilità di prevedere dove e quando si abbetterà un fulmine, ma occorre riuscire a comprendere preliminarmente in che modo la s si muove da un punto all’altro”, ha spiegato Joseph Dwyer, docente del Dipartimento di fisica e scienze spaziali del FIT che ha coordinato lo studio. “Al momento non siamo in grado di farlo, ma i raggi X ci forniscono uno sguardo più ravvicinato a questo tipo di fenomeni, soprattutto per comprendere in che modo si spostano i fulmini.”

I ricercatori hanno utilizzato per questo studio una schiera di rivelatori di campi elettrici e di raggi X presso il centro studi sui fulmini situato nel nord della Florida e gestito da un consorzio UF/FIT. Sì è così potuto concludere che i fulmini, nel percorso dalle nuvole verso il suolo, procedono per tratti di lunghezza variabile tra 10 e 50 metri circa, e che un bagliore di raggi X viene emesso appena sotto ciascun tratto, ovvero pochi milionesimi di secondo dopo che il tratto si è completato.

“Nessuno sa perché i fulmini producano raggi X: sebbene in essi si producano temperature cinque volte maggiori di quelle della superficie del Sole, si tratta di valori ancora migliaia di volte inferiori a quelli necessari per produrre i raggi X osservati.”



Raggi gamma dai temporali terrestri

Le misteriose emissioni di raggi gamma dall'atmosfera terrestre partirebbero da regioni sorprendentemente basse all'interno delle nubi temporalesche.
Un gruppo di ricercatori guidato da ingegneri della Duke University di Durham, nel North Carolina, ha condotto una dettagliata analisi dei legami fra alcuni eventi temporaleschi e le misteriose emissioni di raggi gamma che vengono emanati dall'atmosfera stessa della Terra. Lo studio mostra che questa radiazione gamma scorre verso l'alto a partire da punti situati sorprendentemente in basso nelle nubi temporalesche. In maniera controintuitiva, inoltre, questi forti esplosioni gamma sembrano precedere di una frazione di secondo le scariche di fulmini associate. "È davvero un fenomeno sorprendente, - commenta Steven Cummer, docente di ingegneria elettrica alla Duke - Si tratta di raggi gamma di energia superiore a quelli che provengono dal Sole. Eppure nascono dallo stesso tipo di temporali terrestri che vediamo in continuazione". Cummer e colleghi hanno descritto la propria analisi in un articolo pubblicato online sulla rivista "Geophysical Research Letters". I ricercatori hanno utilizzato dati forniti dal satellite Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI), lanciato per studiare raggi X e raggi gamma provenienti dal Sole, che nel 2002 aveva cominciato a rivelare un gran numero di quelli che gli scienziati hanno subito battezzato lampi di raggi gamma terrestri (TGF). Gli autori hanno anche usato due strumenti specializzati installati nella Duke Forest, una riserva di ricerca nei pressi del campus dell'università.



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Buone notizie per gli scienziati che cercano di riprodurre in laboratorio i fulmini. Secondo uno studio pubblicato sulla rivista “Geophysical Research Letters” da Joseph Dwyer del Florida Institute of Technology, bastano scintille anche piccole per ricreare molti fenomeni fisici legati in natura alle possenti scariche elettriche.

Dwyer ha dimostrato che esistono dunque molte somiglianze tra i due fenomeni, quello naturale e quello in laboratorio. Nel corso del primo, la s elettrica ionizza gli atomi atmosferici e accelera gli elettroni a velocità simili a quelle della luce, causando l'emissione di raggi gamma e di raggi X. In laboratorio, gli elettroni non vengono accelerati a queste velocità, cosa che in teoria non dovrebbe portare all'emissione di raggi X.

Invece il ricercatore americano lavorando su scariche emesse nei laboratori della Lightning Technologies di Pittsfield è riuscito a individuare i raggi X emessi dai fulmini di laboratorio. “I fulmini - spiega Dwyer - sono ancora un mistero. Non si propagano in una unica fase dall'atmosfera al suolo, ma con una serie di “saltelli”. E in ogni salto viene prodotta una s di raggi X. Capire come si producono queste radiazioni ci aiuterà anche a capire come si propagano i fulmini”.

C'è però un problema. Non tutte le sorgenti di laboratorio usate per produrre scariche elettriche producono anche raggi X. Usando un apposito sensore, Dwyer ha cercato di individuare i raggi X prodotti nel Boston Science Museum da un generatore di Van der Graaf che crea falsi fulmini per divertire i visitatori e non è riuscito a individuarli. Nel suo esperimento invece aveva usato una serie di condensatori di circa 100 000 volt l'uno che si svano tra due sfere di metallo a circa dieci centimetri l'una dall'altro. Questa notizia è stata diffusa dall'agenzia “ZadiG”.

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