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INTRODUZIONE AI
FULMINI GLOBULARI
di Albino Carbognani - Dipartimento di Fisica Università di Parma
Parma, 24 febbraio 1998
Parma, 29 dicembre 1998 (revisione)

per commenti ed informazioni, l'autore può essere contattato all'indirizzo:
albino@fis.unipr.it

http://www.fis.unipr.it/~albino

Premessa

In questo articolo di rassegna parleremo di un fenomeno atmosferico molto interessante e ancora poco compreso. Stiamo parlando dei "Fulmini Globulari", in inglese "Ball Lightning" o BL, in tedesco "Kugelblitz". Di tutti i fenomeni che si verificano nella troposfera è uno dei più misteriosi nonostante siano 160 anni che viene studiato. Il vero problema con i BL è costituito dal fatto che non si è ancora trovata una teoria fisica soddisfacente in grado di spiegarli. Dopo essere stati un pochino trascurati come argomento di ricerca, negli ultimi 10 anni è prevalso un atteggiamento di "riscoperta" del fenomeno BL che ora viene intensamente studiato dal punto di vista teorico, sperimentale e osservativo. Si sono tenuti 2 simposi internazionali sui BL, uno nel 1988 e l'altro nel 1990 ed è stato creato un "Comitato Internazionale per lo studio dei BL". Non ci risulta che esistano articoli o testi italiani recenti che trattino questo argomento, trascurato in Italia ma non all'estero. Ecco come procederemo. Per prima cosa vedremo in dettaglio la parte fenomenologica e i dati disponibili, poi le teorie che cercano di spiegarne le proprietà e, infine, i risultati ottenuti in laboratorio. Nell'esporre la fenomenologia dei BL faremo un parallelo con le analoghe caratteristiche dei Bolidi. La bibliografia riportata alla fine permetterà, a chi lo desideri, di approfondire per proprio conto l'argomento.

Esistono i BL?

I BL sono una manifestazione dell'elettricità atmosferica, si presentano all'osservatore come "sfere" luminose di vario diametro in rapido movimento e sono osservabili preferenzialmente durante i temporali. I dati disponibili derivano per la maggior parte dalle testimonianze di osservatori occasionali. Niente di strano che una parte dei rapporti rasentino il folklore popolare. Sappiamo bene come fenomeni naturali poco conosciuti e mal compresi possano eccitare la fantasia umana, basta pensare alle leggende sorte attorno alle comete nell'antichità. E' quindi comprensibile che alcuni scienziati [24] abbiano negato l'esistenza fisica dei BL cercando di ricondurli ad illusioni ottiche, fenomeni di isteria ecc. In questo modo però risulta molto difficile spiegare i casi in cui diverse persone hanno visto il BL contemporaneamente, o i casi in cui i BL hanno lasciato traccia della loro esistenza fisica [1], inoltre fra i testimoni di BL ci sono anche alcuni scienziati. Un esempio per tutti è la materializzazione di un BL all'interno del Cavendish Laboratory(1) il 3 agosto del 1982 [16]. Oggi l'esistenza fisica dei BL è universalmente accettata [1], [19], [22], [25], [26], [28].

  1. Il Cavendish Laboratory è situato a Cambridge, Inghilterra. Fu fondato nel 1874 e il primo a dirigerlo fu J.C.Maxwell. In questo laboratorio furono scoperti una parte dei costituenti dell'atomo. Nel 1897 J.J.Thomson scopre l'Elettrone, fra il 1896 e il 1898 E.Rutherford iniziò le ricerche sulla radioattività, infine nel 1932 J.Chadwick scoprì il Neutrone.
Fenomenologia standard dei BL

Cominciamo a prendere confidenza con i BL facendo una carrellata delle loro proprietà. Generalmente di forma sferica, il diametro di un BL può variare dai 2 cm ai 10 m, ma la distribuzione ha un massimo attorno ai 20-50 cm. Il bordo del BL si presenta lievemente sfumato e certe volte all'interno è visibile un nucleo più chiaro [28]. La durata del fenomeno va da un secondo fino a diversi minuti. Generalmente le sfere sono colorate: rosso, arancione, giallo, bianco e blu sono i colori più ricorrenti. Si osservano anche BL con diversi colori contemporaneamente. Molto raramente i BL appaiono in configurazione multipla: una serie di BL uno dietro l'altro. In questo caso si parla di "Bead Lightning" [12]. La luminosità media è paragonabile a quella delle lampade domestiche da 100 W. I BL sono quindi visibili anche in pieno giorno. Di solito la luminosità delle sfere resta costante durante l'apparizione per decadere durante la fase di scomparsa.

I BL possono materializzarsi all'interno di edifici ed aerei (durante i temporali [25], [28]) oppure semplicemente all'aperto. La caratteristica che distingue un BL da tutte le altre manifestazion atmosferiche luminose (ad esempio i fuochi di Sant'Elmo) è l'estrema varietà del moto. Percorsi a zig-zag, stazionamenti e variazioni repentine di quota sono la caratteristica saliente del fenomeno. Proprio per questo motivo è difficile confondere un BL con un normale bolide (meteora con magnitudine negativa), infatti questi ultimi percorrono una traiettoria quasi sempre rettilinea e la maggior parte lascia una scia luminosa, caratteristica che manca ai BL. Grazie a queste "performance" certi testimoni possono pensare che il BL sia "intelligente", tuttavia non è così trattandosi di un fenomeno naturale.

Un BL può mostrare delle proprietà davvero inusuali, come ad esempio penetrare all'interno delle abitazioni passando attraverso porte, finestre e caminetti. Molto interessanti le testimonianze di chi ha visto BL attraversare porte e finestre chiuse con relativa facilità e senza danneggiarle [26].

Alcune testimonianze sui BL

Le testimonianze di chi si è trovato a tu per tu con un BL fra le pareti domestiche costituiscono un "classico" della casistica. Vediamone alcune.

Catania, Italia, febbraio-marzo 1991.

Durante il primo pomeriggio di una bella giornata di sole un BL del diametro di circa 4 cm penetra (alla velocità stimata di circa 4 m/s) all'interno di una abitazione attraversando il vetro della finestra chiusa senza danneggiarlo, rimbalza sul pavimento di marmo per tre volte (in modo analogo ad una palla) ed esplode dopo circa 3 secondi essere entrato e a 60 cm dalla finestra, lasciando nell'aria un odore di zolfo e ozono. L'esplosione non provocò danni a cose o persone. Dai dati è stato possibile stimare un coefficiente di restituzione del BL pari a 0.55.

Mosca, URSS, 1977, [1]

Un BL arancione del diametro di circa 5 cm entra in un`aula scolastica bucando il vetro della finestra e dissolvendosi subito dopo. Il buco lasciato nella finestra è simile a quello che può essere ottenuto da un laser infrarosso a CO2: senza traccia di tensioni meccaniche nel vetro.

Oxford, Inghilterra ,1945, [8]

In un pomeriggio durante un temporale due ragazze si trovavano nel salotto della loro casa davanti al caminetto. All'improvviso si accorsero che all'interno della stanza era presente una sfera luminosa grande come una palla da tennis, più scura al centro e dai bordi sfumati. La "palla" si mosse lentamente verso il caminetto tenendosi lontano dai muri e dagli altri oggetti presenti nella stanza fino a sparire dentro al caminetto stesso. La durata dell'evento è stata stimata in circa 30 secondi.

Più drammatiche le testimonianze di persone che hanno avuto una interazione fisica con un BL.

Smethwick, Inghilterra, 8 agosto 1975, [19]

Durante un temporale una donna venne "investita" da un BL di 10 cm di diametro di colore blu circondato da un alone che le provocò un buco di 10x7 cm nella gonna prima di sparire con un bang. La donna riportò anche una ustione di primo grado (gonfiore ed arrossamento dell`epidermide) alla mano sinistra con cui aveva cercato di allontanare il BL che le stava venendo addosso.

Decisamente più violento il caso che segue.

Khabarovsk , URSS, estate del 1978, [1]

Durante una forte pioggia un BL arancione del diametro di 1.5 m stazionò sopra il cinema locale per circa 1 minuto, dopo di che esplose distruggendo i fili elettrici nel raggio di 150 m e lasciando un cratere del diametro di 1.5 m e profondo 20-25 cm. Furono rinvenute delle scorie e uno strano tipo di vetro con struttura "ectoplasmica". L'energia stimata per l'evento è di circa un miliardo di Joule.

Un caso meno cruento ma più interessante per cercare di stimare l`energia interna di un BL è quello avvenuto il 3 ottobre 1936 nei sobborghi di Londra [8], [19], [30].

Un corrispondente del "Daily Mail" si trovava a casa durante un temporale quando vide scendere dal cielo una sfera arancione grande come un'arancia. Il BL entrò in casa bruciacchiando la finestra, fuse i fili del telefono e si tuffò in una tinozza piena di 18 litri d'acqua. L'acqua si mise a bollire e solo dopo 20 minuti l'esterefatto testimone riuscì ad immergervi la mano per cercare residui del BL. Non trovò niente, ma con i dati di questa testimonianza e tenendo conto che per innalzare di un grado centigrado la temperatura di un grammo d'acqua sono necessari 4,18 Joule possiamo stimare che l'energia minima del BL era di 6 MJoule. Assumendo un raggio di 5 cm la densità di energia risulta di 10 KJoule per centimetro cubo. Per confronto l'energia per unità di volume dell'alcool etilico in aria e a pressione atmosferica vale 22 MJoule per centimetro cubo, mentre per il propano è di 100 Joule per centimetro cubo.

Ulteriori caratteristiche fisiche del BL

Non sono molti i BL che lasciano tracce del proprio passaggio (sono solo 20 episodi, [1]), ma questi eventi sono estremamente utili: abbiamo visto infatti come sia possibile stimare l'energia contenuta in un BL e questo è un dato molto importante per costruirne la teoria fisica. Nonostante le difficoltà si può stimare un'energia interna media pari a 160 KJ e una densità media di energia (per un diametro medio di 23 cm) pari a 25 J per centimetro cubo [1], valore compatibile con una sorgente energetica di tipo chimico anche se non è ancora chiaro quale possa essere.

Uno dei problemi aperti sulla luminescenza dei BL consiste nello stabilire se sono trasparenti oppure opachi. Nel primo caso l'energia irraggiata proviene da tutto il volume del BL, nel secondo solo dalla superficie esterna. I dati non sono conclusivi tuttavia pare favorito il modello di BL trasparente (otticamente sottile) infatti, come dicevamo prima, il bordo di un BL è più scuro del centro e ciò significa che una parte della radiazione emessa filtra dall'interno [1]. La temperatura effettiva (di corpo nero) di un BL medio è attorno ai 1400 K, quindi la temperatura delle zone che irradiano sarà attorno ai 2000 K. Questo valore è più grande della temperatura di corpo nero perchè una parte dell'energia del BL è determinata dalla dinamica dei gas interni [7]. Come sorgente radiativa il BL è simile ai fuochi d'artificio, anzi questi ultimi sono sorgenti di luce più efficienti dei BL di circa un ordine di grandezza. L'efficienza dei BL è stimabile a quella della fiamma di una candela.

Diversi testimoni riportano di BL in rapida rotazione attorno al proprio asse e notano l'assenza di una emissione termica tipo quella delle lampade ad incandescenza. La mancanza di emissione termica non è riportata da tutti i testimoni. A volte è proprio durante la fase di sparizione che si ha l'emissione di radiazione infrarossa [8]. Ecco una tabella dettagliata dove viene riportata la percentuale di casi i cui si è avuta emissione infrarossa in funzione della distanza dall'osservatore [1].
 

Tab1 Emissione termica dai BL (Stakhanov, 1979, 1985)

 
< 1 m 8.5 %
1-2 m 6.1 %
2-5 m 5.3 %
> 5 m 1.3 %

Come si vede l'emissione termica diventa meno frequente all'aumentare della distanza fra BL e osservatore, ma la frequenza osservata non tende al 100% nemmeno per distanze ridotte. Oltre ad emettere nell'infrarosso e nel visibile i BL emettono anche nelle onde radio, infatti di solito l'apparizione di un Kugelblitz provoca forti disturbi sui ricevitori radio.

I dati osservativi ci dicono che i BL sono dotati di carica elettrica [7]. Nel 16-20% dei casi osservati, infatti, i BL si muovono lungo i conduttori (linee elettriche, parafulmini di edifici ecc.) o in prossimità di essi [26]. Inoltre in molti casi la loro posizione di origine coincide con quella di dispositivi elettrici o oggetti metallici. Grazie a questa proprietà i BL possono danneggiare sistemi e circuiti elettrici. La loro azione sull'uomo è simile a quella di una scarica elettrica, per fortuna con un'intensità 5 ordini di grandezza inferiore a quella necessaria per uccidere una persona. La carica elettrica media portata da un BL è dell'ordine di 8·10-7 C, equivalente a 5·1012 cariche elettriche elementari [7]. Grazie alle loro proprietà elettriche i BL sono molto sensibili ai campi elettrici locali indotti. Questa proprietà può generare comportamenti strani: i BL possono muoversi anche controvento dando l'impressione di essere di origine "artificiale".

Le velocità dei BL sono dell'ordine di alcuni m/s.Oltre ad essere dotati di un campo elettrico alcuni BL sembrano dotati di un campo magnetico dell'ordine dei 100 Gauss, da confrontarsi con gli 0.7 Gauss del campo magnetico terrestre [23].

Una possibile classificazione dei BL può essere in base alla quota di provenienza [8]:

  • Aria -> Terra
  • Terra -> Terra
  • Aria -> Aria
Nel primo caso il BL si muove dal cielo verso terra e può essere confuso con un normale bolide se la traiettoria è rettilinea. I secondi si muovono in prossimità del suolo mentre i terzi restano ad alta quota (e possono essere osservati dagli aerei). I BL in prossimità del suolo possono interagire meglio con i testimoni occasionali dando luogo a quello che può essere chiamato un "incontro ravvicinato". Naturalmente "l'intensità emotiva" dell'incontro è diverso a seconda del diametro del BL. Un BL può sparire in silenzio, con un lieve ronzio, oppure con un violento bang [8], [11], [12]. Dopo la scomparsa del BL può restare nell'aria l'odore caratteristico dell'Ozono dello Zolfo o dell'ossido di Azoto. Certe volte è stata registrata la presenza di residui solidi di cui non è ben chiara l'origine e la natura (vedi il caso di Khabarovsk).

Alcuni BL particolari

Ora parliamo brevemente di alcuni tipi particolari di BL [W.R.Corliss, 1982].

Giant BL

Abbiamo detto che il diametro dei BL può raggiungere valori anche di 10 metri. Questo particolare tipo di BL sono detti "giganti" (giant in inglese). Di solito sono molto meno "distruttivi" dei loro fratelli più piccoli. Vista la loro importanza vediamo un paio di testimonianze.

Beccles, Inghilterra, 8 febbraio 1906.

Durante un temporale compare a nord-est un cerchio di luce gialla con un diametro apparente paragonabile al doppio della Luna piena. Resta visibile per alcuni minuti mentre transita sopra la casa del testimone.

Dyfed, West Wales, Inghilterra 8 giugno 1977.

Una sfera di colore giallo-verde discende verso terra dalla base di una nube cumuliforme e si mette a fluttuare sopra le colline. L'oggetto ruota lentamente attorno al proprio asse orizzontale lanciando fasci di luce verso il suolo. Gatti ed uccelli risultano visibilmente disturbati.

Testimonianze simili si ritrovano ovunque nella letteratura Ufologica ma spesso non vengono riconosciute come descrizioni di BL.

Black BL

Non sempre i BL appaiono luminosi, certe volte sono di aspetto grigio opaco o comunque con una bassa luminosità. La fenomenologia è identica a quella dei normali BL luminosi, forse la causa dell'opacità è da ricercare in uno strato di materia assorbente che circonda il BL. Un esempio:

Peoria, Illinois, 28 agosto 1929.

Una palla grigiastra del diametro di 20 cm appare a 60 cm dal suolo dopo la caduta di un fulmine nelle vicinanze. La sfera si dissolve subito in aria senza fare rumore.

Rays BL

In alcuni casi dal BL vengono emessi fasci di luce, o comunque materiale luminoso dello stesso tipo di quello che compone il BL. É più probabile che l'emissione si abbia al momento della scomparsa tuttavia sono stati osservati fasci di radiazione anche da BL in fase stabile. Un simile comportamento può essere dovuto alla presenza di regioni più trasparenti nello strato superficiale del BL, che lasciano sfuggire una quantità maggiore di radiazione elettromagnetica.

BL negli aerei

Il fatto che i BL possano materializzarsi all'interno degli aerei vale la pena di essere analizzato più in dettaglio. Le pareti metalliche di un aereo lo rendono equivalente ad una gabbia di Faraday, cioè l'interno è elettricamente isolato dall'esterno. Da questa caratteristica segue che la formazione di un BL, o almeno questo tipo di BL, non può essere dovuta alla presenza di un campo elettrico perché all'interno dell'aereo è sempre nullo. Quali possono essere allora le cause scatenanti di un BL "aereo"? E' possibile che a causa delle scariche elettriche nell'ambiente esterno penetrino all'interno dell'aereo cariche elettriche come gli elettroni oppure onde elettromagnetiche di frequenza opportuna e in grado di dare luogo al BL. Naturalmente nessuno sa se le cose vanno davvero così, il problema dell'origine dei BL è ancora aperto.

Foo Fighters

Verso la fine della Seconda Guerra Mondiale i piloti degli aerei cominciarono a segnalare l'intercettazione di sfere luminose che battezzarono "Foo Fighters". Le osservazioni sono continuate fino ai giorni nostri. Queste sfere vengono descritte di diversi colori con diametri apparenti paragonabili a quello della Luna piena e in grado di seguire gli aerei anche per decine di minuti per poi sparire nella notte. Molto probabilmente si tratta di BL d'alta quota.

Sono rari i BL?

Giunti a questo punto viene spontaneo chiedersi quanto siano rari i BL. Ad esempio sono più o meno frequenti dei fulmini? Vediamo alcuni dati. Secondo Smirnov [1] la probabilità media P di osservare un BL nell'arco di una vita media di 80 anni è dello 0.63%, mentre per quanto riguarda i fulmini possiamo senz'altro assumere che sia del 100%. Se facciamo l'ipotesi semplificatrice che i BL si sviluppino in prossimità del suolo e calcoliamo la densità di probabilità W di osservare un BL per unità di superficie e tempo otteniamo W=20 km-2 anno-1, mentre il valore di W per i fulmini è di soli 5.4 km-2 anno-1. Da qui segue il risultato che ci sono 4 BL per ogni fulmine! Il BL è un fenomeno molto frequente ma raramente osservato.

Fisica delle meteore

Sospendiamo momentaneamente l'esposizione delle proprietà dei BL per fare un cenno alla fisica delle meteore. Quanto diremo qui sarà utile per capire meglio il confronto fra bolidi e BL.

Naturalmente il confronto sarà possibile solo per le caratteristiche che i due fenomeni hanno in comune, come la durata, il colore, la distribuzione annuale e le modalità di sparizione.

Nel descrivere la sua orbita attorno al Sole la Terra intercetta giornalmente una grande quantità di piccoli corpi extraterrestri. Generalmente si tratta di frammenti di roccia che vengono vaporizzati durante la caduta nell'atmosfera. L'origine di questi corpi è almeno duplice: cometaria o asteroidale. Nel primo caso si tratta dei frammenti solidi (polveri) persi dalle comete durante il passaggio al perielio, nel secondo caso i frammenti provengono dalla fascia principale degli asteroidi, posta fra le orbite di Marte e Giove e sono generati dalle collisioni fra questi. Secondo le norme promulgate nel 1961 dall'Unione Astronomica Internazionale il corpo che penetra l'atmosfera si chiama "meteoroide", mentre il fenomeno ottico o radio da esso generato si chiama "meteora". Se il meteoroide riesce ad arrivare al suolo viene detto "meteorite". Una meteora con magnitudine negativa (non ci sono limiti univocamente accettati) viene chiamata "bolide". Al di sopra dei 107 kg di massa i meteoroidi vengono considerati piccoli asteroidi.

I frammenti di origine cometaria tendono a distribuirsi lentamente lungo l'orbita della cometa-madre. Quando la terra interseca l'orbita di una cometa e incontra il "grosso" dello sciame si possono avere migliaia di rientri all'ora, in questo caso si parla di "tempesta meteorica". Famose sono le "pioggie" dello sciame delle Leonidi (associato alla cometa P/Temple-Tuttle) del 1833,1866 e 1966 o quella delle Andromeidi (associate alla cometa di Biela) del 1872 e 1885. Va detto che, di solito, l'attività dei 10 principali sciami di meteore attivi durante l'anno è molto più modesta, tuttavia è atteso un nuovo "outburst" delle Leonidi per il 17 novembre del 1999. Il punto della volta celeste da cui sembrano irradiarsi le meteore è detto "radiante". La costellazione in cui si trova il radiante da il nome allo sciame di meteore. Ecco un elenco degli sciami principali, la data è quella del massimo, mentre ZHR si riferisce al numero di meteore per ora con il radiante allo zenit.
 

Elenco dei principali sciami meteorici
Data Nome ZHR
3-4 Gennaio Quadrantidi 120
21-22 Aprile Lyridi 15
4-5 Maggio Eta Aquaridi 40
28-29 Luglio Delta Aquaridi 20
12-13 Agosto Perseidi 120
21-22 Ottobre Orionidi  25
3-13 Novembre Tauridi 10
16-17 Novembre Leonidi 15
13-14 Dicembre Geminidi 85
21-22 Dicembre Ursidi 20

La velocità in atmosfera di un meteoroide è compresa fra i 12 e i 72 km/s (con un valore medio di 40 km/s), infatti visto che i meteoroidi appartengono al Sistema Solare, dalla velocità di fuga alla distanza Terra-Sole che vale 42 km/s basta aggiungere o togliere la velocità orbitale della Terra di 30 km/s. Generalmente le masse dei meteoroidi vanno dagli 0.002 grammi delle meteore appena visibli ad occhio nudo ai 50 grammi dei bolidi di magnitudine -4, la densità è dell'ordine di un grammo per centimetro cubo. Perchè si possa avere la caduta di un meteorite la massa originale del meteoroide deve essere superiore ai 10 kg e vista la natura "porosa" delle comete la grande maggioranza dei meteoriti è di origine asteroidale. Il 61% dei meteoriti è composto da roccia e vengono chiamati "aeroliti", il 35% è metallico e sono detti "sideriti", infine il rimanente 4% è un misto roccia-metallo e sono noti come "aerosideriti".

Esaminiamo in dettaglio il meccanismo di emissione della radiazione. La maggior parte della radiazione emessa dalla meteora proviene da una nube di gas che circonda il meteoroide. Questa nube è formata da una miscela di atomi. Una parte proviene dalla superficie del meteoroide che si vaporizza al contatto con gli atomi dell'alta atmosfera (processo noto come "ablazione"), l'altra è formata dagli stessi atomi atmosferici. Gli atomi vengono eccitati e ionizzati dall'energia cinetica persa dal meteoroide e nel processo di diseccitazione/ricombinazione vengono emesse delle radiazioni caratteristiche di ogni specie atomica che vanno a formare lo spettro a righe di emissione della meteora. L'energia emessa dalla meteora risulta direttamente proporzionale al tasso di ablazione. Le righe più comuni sono quelle del Ca II (viola), Ca I (violetto, arancio), Fe I (blu, verde), Mg II (blu-verde, viola), O II (giallo-verde), O I (arancio), Na I (giallo), Si II (rosso-arancio). Sono le emissioni combinate di questi elementi (l' Ossigeno è quello atmosferico) a generare i colori dei bolidi e permettono di avere una prima indicazione sulla composizione chimica del meteoroide. I meteoroidi danno luogo alle meteore quando si trovano a quote comprese fra 120 e 80 km sulla superficie terrestre, a queste quote pressione e densità atmosferiche sono circa 4·106 volte minori che al suolo. Dopo il passaggio del meteoroide può essere visibile per alcuni secondi la scia di gas ionizzati che si è lasciato dietro di sè. La scia tende a sparire rapidamente per via del processo di diseccitazione/ricombinazione.

Anche i bolidi come i BL presentano una fenomenologia interessante, per la verità molto meglio compresa. Ad esempio si possono osservare bolidi che cambiano improvvisamente traiettoria, bolidi che si frammentano durante il percorso in atmosfera, bolidi con un diametro apparente paragonabile a quello della Luna piena, bolidi circondati da aloni oppure bolidi che generano rumore. Certe volte è possibile assistere alla momentanea immobilità del bolide, che riprende la sua corsa subito dopo. Questo comportamento è imputabile ad un cambio di traiettoria (generato dal processo di ablazione) lungo la linea di vista dell'osservatore.

Come si vede la fenomenologia è molto varia. Gli ultimi grossi bolidi visibili dall'Italia sono stati quello visto transitare sopra il lago Trasimeno da sud - est verso nord - ovest nella notte fra il 6 e il 7 settembre 1997 con una magnitudine apparente stimata fra -18 e -20, (quindi 500 volte più luminoso della Luna piena), e quello del 12 agosto 1998 visto transitare sulle regioni nord-orientali con traiettoria da sud-est verso nord-ovest e magnitudine stimata fra -12 , -14. L'orbita calcolata per quest'ultimo bolide indica una provenienza asteroidale. L'ultima caduta di un meteorite in territorio italiano si è verificata in pieno giorno il 25 settembre 1996 a Fermo in provincia di Ascoli Piceno. Il meteorite del peso di 10,2 kg e dimensioni 19x24x16 cm è di tipo aerolite ed è ricoperto da una sottile crosta di fusione scura provocata dal rientro nell'atmosfera terrestre.

Per maggiori dettagli si può vedere P.Martinez (a cura di), "The Observer guide to Astronomy", Vol.2, p.632-711. I dati sui bolidi che esporremo più avanti (se non indicato diversamente) sono stati ottenuti elaborando 117 segnalazioni apparse su "Coelvm" negli anni che vanno dal 1936 al 1958. Come base statistica non è molto estesa ma è sufficiente per orientarsi. E ora torniamo ai BL.

Dati numerici sui BL

Abbiamo visto le principali proprietà dei BL. Ma chi si occupa dello studio dei BL? Contrariamente a quanto si potrebbe pensare Meteorologi e Scienziati dell'atmosfera non si interessano molto di questo fenomeno. Sono i Fisici che si occupano dell'argomento sia con articoli teorici che in laboratorio [14]. Proseguiamo il nostro viaggio prendendo in esame le tabelle dei dati raccolti fino ad ora. Ad una parte delle tabelle sono affiancati degli istogrammi per migliorare "l'impatto visivo" dei dati. In ordinata gli istogrammi riportano il numero di casi in cui si è osservata la caratteristica che rappresentano. La maggior parte dei 9392 casi di osservazione di BL è di origine Sovietica. Nella tabella che segue sono elencati i contributi dei vari paesi, inutile dire che per l'Italia non ci sono raccolte note di dati sui BL.
 

Tab2 Dati osservativi sui BL, [1]

 
URSS 58.3 %
Giappone 21.9 %
USA 9.63 %
Ungheria 3.20 %
Olanda 2.66 %
Germania 2.29 %
Austria 0.85 %
Inghilterra 0.81 %
Francia 0.30 %

Prima di vedere i dati è necessaria una piccola premessa. Le osservazioni dei BL sono prevalentemente di carattere visuale, per via dell'imprevedibilità del fenomeno. E' ben noto che un osservatore "medio" non può fornire una descrizione dettagliata e precisa di un evento che gli è capitato all'improvviso, tuttavia raccogliendo un gran numero di testimonianze è possibile crearsi ugualmente un quadro quantitativo sufficientemente dettagliato del fenomeno fisico. Un aspetto incoraggiante delle testimonianze raccolte è che presentano numerosi punti in comune: il quadro è coerente. Questo è un punto importante: lo stesso tipo di testimonianze viene reso da persone che per la stragrande maggioranza non ha mai sentito parlare di BL. Da notare che le foto di BL sono molto poche e non aggiungono molto di più ai dati visuali. I dati che presentiamo sono stati divisi in due classi: quelli che si riferiscono alle condizioni in cui vengono osservati i BL e quelli che si riferiscono ai parametri fisici dei BL. Cominciamo con i primi.

Tabelle sulle condizioni di osservazione dei BL

Nella Tab3 presentiamo la distruibuzione delle distanze fra testimoni e BL. Si vede come la maggior parte delle osservazioni (60%) avvenga a distanza piuttosto ravvicinata, minore di 5 m. Tuttavia anche le osservazioni a grande distanza (>100 m) non sono trascurabili. Naturalmente più l'osservazione è ravvicinata più accurata sarà la stima dei parametri fisici dei BL. Sotto questo punto di vista è un bene che la maggior parte dei testimoni si trovi a poca distanza dal BL.
 

Tab3 Distribuzione delle distanze di osservazione dei BL
(Autori vari, base di 2683 eventi, [1])

 
0-1 m 26 %
1-5 m 34 %
5-10 m 8 %
10-20 m 8 %
20-50 m 8 %
50-100 m 7 %
>100 m 9 %

 
 
Distanze di osservazione dei BL
 

Nella Tab4 vediamo dove avvengono con maggior frequenza le osservazioni di BL. Notare come la parte predominante sia all'interno delle abitazioni, un fatto piuttosto interessante e probabilmente correlato alla presenza massiccia di conduttori all'interno delle case moderne. Sarebbe interessante avere dati su quello che succedeva in tempi più arcaici.
 

Tab4 Luoghi di osservazione dei BL
(Grigorìev, base di 1984 eventi, [1])

 
All'interno di edifici 50.2 %
In strada 24.6 %
Nei prati 9.5 %
Nei boschi 4.4 %
Laghi e Fiumi 4.0 %
In cielo 4.0 %
In montagna 2.3 %
Fra le nubi (dall'aereo) 1.0 %

La frequenza di osservazione di un BL dipende dal clima locale e dalle condizioni geografiche. Secondo i dati Russi esiste una correlazione fra BL e fulmini, infatti i BL (nell'emisfero nord) si presentano più spesso in estate quando è più facile che si sviluppi un temporale. I dati Giapponesi su questo aspetto dei BL sono alquanto diversi. Si confrontino a questo proposito le Tab5 e Tab6.
 

Tab5 Condizioni meteo durante l'appararizione dei BL
(dati Russi, base di 1924 casi, [1])

 
Durante i temporali 61.6 %
30' prima del temporale 6.6 %
30' dopo il temporale 8.8 %
Durante la pioggia 7.2 %
Cielo nuvoloso 6.0 %
Cielo sereno 9.8 %

 
Tab6 Condizioni meteo durante l'appararizione dei BL
(dati Giapponesi, base di 2060 casi, [1])

 
Cielo sereno o nuvoloso 89.1 %
Durante la pioggia 7.6 %
Durante i temporali 2.5 %
Altro 0.8 %

Secondo i Russi i BL appaiono per il 77% durante (o vicino) ad un temporale, contro il misero 2.5% dei Giapponesi. Non si conosce il motivo di questa discrepanza fra le due serie di dati. Può darsi che sia la percentuale di umidità dell'aria a giocare un ruolo importante. In estate il tasso di umidità delle isole Giapponesi può raggiungere l'80% anche con cielo sereno, mentre per il continente questi tassi vengono raggiunti solo durante i temporali [15]. Tuttavia non può essere una maggiore umidità la sola causa scatenate del BL. In caso di cielo sereno dove può essere la sorgente di energia dei BL? E' possibile che la corrente elettrica fra la superficie terrestre e la ionosfera giochi un suo ruolo. Va osservato che tutti gli altri parametri dei BL Giapponesi sono uguali a quelli continentali, compresa la distribuzione annuale dei BL data dalla Tab11.

Tabelle sui parametri fisici dei BL

Nelle tabelle precedenti abbiamo visto in che condizioni avviene l'osservazione di un BL. In quelle che seguono esponiamo i dati sui "parametri fisici" dei BL. Cominciamo con il parametro di maggiore impatto visivo: i diametri dei BL. Il diametro è una quantità ben definita in oltre il 90% dei casi.
 

Tab7 Distribuzione dei diametri dei BL
(Autori vari, base di 4587 eventi, [2])

 
0-2 cm 2.1 %
2-5 cm 7.8 %
5-10 cm 17.0 %
10-20 cm 30.2 %
20-50 cm 33.2 %
50-100 cm 7.9 %
> 100 cm 2 %

 
Distribuzione dei diametri dei BL
 

Come si vede la distribuzione ha un picco in frequenza del 33% attorno ai 20-50 cm, mentre agli estremi la frequenza è dell'ordine del 2%. Praticamente il 90.3% dei BL presenta un diametro inferiore od uguale ai 50 cm. Questo non significa che non esistono BL di vari metri di diametro (che sono quelli di maggiore impatto visivo), significa solo che sono meno frequenti dei BL minori, probabilmente per una mera questione energetica. E ora veniamo ad una tabella di dati molto importante: quella delle durate. Uno dei problemi che non è ancora stato risolto in modo soddisfacente è capire come i BL possano vivere tanto a lungo. Come vedremo più avanti una semplice sfera di plasma (ioni+elettroni) ha una vita troppo breve per poter essere un BL.
 
 

Tab8 Distribuzione della durata dei BL
(Autori vari, base di 2965 eventi, [2])

 
0-2 s 18.0 %
2-5 s 23.1 %
5-10 s 16.1 %
10-20 s 13.9 %
20-50 s 14.3 %
50-100 s 7.5 %
100-200 s 4.6 %
>200 s 2.4 %

 
Distribuzione della durata dei BL
 

Esiste una correlazione fra il diametro e la durata di un BL. Questo fatto fu notato da Stakhanov nel 1985: all'aumentare del diametro del BL aumenta anche la sua vita media. Qui possiamo fare il primo confronto fra BL e bolidi. La distribuzione delle durate dei bolidi è riportata nella Tab8bis.
 

Tab8bis Distribuzione della durata dei bolidi
(87casi)

 
0-2 s 44.8%
2-5 s 36.8%
5-10 s 16.1%
>10 s 2.3%

 
Distribuzione della durata dei bolidi
 

Confrontando le tabelle e gli istogrammi delle durate si vede subito come siano poco frequenti i bolidi con durata superiore ai 10 secondi, inoltre la distribuzione dei BL ha un picco attorno ai 2.5 secondi, mentre i bolidi hanno una distribuzione decrescente.

Ora vediamo la distribuzione dei colori. A differenza di un bolide un BL di solito ha un colore ben definito, sono rari i BL che presentano colori multipli, per i bolidi invece succede in circa 1/3 dei casi (vedi tab9bis).
 
 

Tab9 Distribuzione dei colori dei BL
(Autori vari, base di 4351 eventi, [2])

 
Bianco 20.8 %
Giallo 20.6 %
Rosso 17.4 %
Arancione 22.3 %
Blu 11.5 %
Verde 1.5 %
Colori multipli 5.9 %

 
 
Distribuzione dei colori dei BL
 

 
Tab9bis Distribuzione dei colori dei bolidi
(89 casi)

 
Bianco 29.2 %
Giallo 12.3 %
Rosso 11.2 %
Arancione 3.4 %
Blu 9.0 %
Verde 4.5 %
Colori multipli 30.3 %

 
 
Distribuzione dei colori dei bolidi
 

 

Nella tabella successiva entriamo nel dettaglio delle forme geometriche. Il BL è un fenomeno energetico confinato, capire come ciò sia possibile sarebbe fondamentale per penetrare i segreti di queste affascinanti sfere di luce. Abbiamo detto che la forma sferica è prevalente e ciò è verissimo, tuttavia circa il 9% dei BL mostra altre forme. Tra queste quella ellittica è la dominante. Tutte le altre forme sono state raccolte in un'unica voce. Qui non sono possibili paralleli con i bolidi.
 

Tab10 Distribuzione delle forme geometriche dei BL
(Autori vari, base di 2891 eventi, [1])

 
Sfera 91 %
Ellisse 3.7 %
Altre 5.3%

 
 
Distribuzione delle forme geometriche dei BL
 

 

Di solito i BL mantengono inalterata la loro forma durante tutta l'apparizione, tuttavia nel 6% dei casi si sono registrate variazioni di forma. Risulta ovvio lo sconcerto dei testimoni che si trovano di fronte a queste "performance" dei BL. Va detto inoltre che nell'11% dei casi i BL si presentano circondati da una menbrana trasparente, nel 6% dei casi hanno una coda, mentre nel 7% sono visibili punti di luce e filamenti in movimento all'interno del BL. Non ci resta che vedere le tabelle della distribuzione temporale dei BL, sia annuale che giornaliera. Va precisato che i dati sono validi per il solo emisfero boreale.
 

Tab11 Distribuzione annuale dei BL
(Autori vari, base di 3382 eventi, [2])

 
Maggio 7.2 %
Giugno 18.9 %
Luglio 44.4 %
Agosto 19.5 %
Settembre 4.8 %
Ottobre-Aprile 5.3 %

 

Distribuzione annuale dei BL
 

Dalla Tab11 si vede come i BL abbiano la massima frequenza di apparizione durante il mese di Luglio mentre siano quasi inesistenti durante l'inverno. E' ragionevole pensare che questo comportamento sia collegato alla maggiore attività elettrica dell'emisfero nord durante l'estate. Sarebbe bello avere a disposizione anche i dati per l'emisfero australe per vedere se questo andamento si capovolge. Nell'emisfero sud i BL dovrebbero avere un picco di frequenza attorno al mese di gennaio. Nel caso della distribuzione annuale i dati per i bolidi sono quelli del SEAN (Scientifica Event Alert Network, Smithsonian Institution) e si riferiscono agli eventi più brillanti della magnitudine -8 registrati nel periodo 1972-86.
 

Tab11bis Distribuzione annuale dei bolidi
(752 casi)

 
Maggio 5.9 %
Giugno 5.9 %
Luglio 7.3 %
Agosto 12.6 %
Settembre 9.7 %
Ottobre-Aprile 52.1 %

 
Distribuzione annuale dei bolidi
 

Si noti come le due distribuzioni annuali differiscano profondamente. Oltre all'esistenza del picco di agosto (a causa dello sciame delle Perseidi) è ben evidente il picco di ottobre-aprile che contiene sciami importanti come quelli delle Leonidi, Geminidi e Quadrantidi. Inoltre è ben noto che nel periodo marzo-aprile si ha un non usuale numero di bolidi non associato a nessun sciame. Questi bolidi sono di origine asteroidale e danno luogo a meteore brillantissime.

Vediamo la distribuzione oraria giornaliera dei BL.
 

Tab12 Distribuzione oraria giornaliera dei BL
(Autori vari, base di 3043 eventi, [2])

 
0-3 h 4.7 %
3-6 h 0.1 %
6-9 h 5.9 %
9-12 h 18.3 %
12-15 h 33.5 %
15-18 h 13.8 %
18-21 h 14.5 %
21-24 h 8.2 %

 
Distribuzione oraria giornaliera dei BL
 

Notare come la maggioranza dei BL, contrariamente a quanto si possa pensare, sia ben visibile durante le ore diurne, in particolare del primo pomeriggio. Ci si potrebbe chiedere che importanza possa avere studiare in quali ore del giorno i BL appaiano con maggiore frequenza. La risposta è che è molto importante per poter fare eventuali collegamenti con altri fenomeni periodici e cercare di penetrare la fisica dei BL. Ad esempio è ben noto (vedi R.P.Feynmann, "La Fisica di Feynmann", Vol. 2-1, p.9-5, Masson 1988) che la corrente elettrica per unità di superficie sul terreno fra suolo e ionosfera è massima (in tutto il mondo) alle ore 19 di Greenwich e minima alle 4. La stessa cosa succede per il numero di temporali nel mondo. Nessuno sa perchè debba essere così. C'è un qualche collegamento con la periodicità giornaliera dei BL? Considerato che i dati sono Russi e che il fuso orario medio del paese è di +6 ore il picco fra le 12 e le 15 locali avviene fra le 6 e le 9 di Greenwich, mentre il minimo fra le 3 e le 6 locali avviene fra le 21 e le 24. Sembra che non vi sia correlazione temporale, ma bisognerebbe avere a disposizione dati divisi per un'area geografica più piccola per esserne certi. Le ultime due tabelle che esaminiamo riguardano l'origine e le modalità di sparizione dei BL. Notare come la maggioranza dei BL ami materializzarsi in prossimità di conduttori elettrici e preferisca sparire tramite un'esplosione.
 

Tab13 Origini dei BL
(Autori vari, base di 353 eventi, [2])

 
In coincidenza con i fulmini normali 32 %
Comparsi in prossimità di conduttori 57.5 %
Comparsi "dal nulla" 6.8 %
Comparsi nelle nubi 3.7 %

La Tab13 è interessante perchè ci fa vedere che i BL, a dispetto del loro nome, non sono esclusivamente associati ai normali fulmini. Questo è vero solo in parte. Il BL è un fenomeno molto più complesso del normale fulmine a scarica e probabilmente sono solo cugini.
 

Tab14 Modalità di sparizione dei BL
(Autori vari, base di 2818 eventi, [2])

 
Esplosione 59.3 %
Estinzione lenta 33.6 %
Frammentazione 7.1 %

 
Modalità di sparizione dei BL
 

 

L'esplosione del BL è accompagnata dal rilascio di energia sotto forma di onde acustiche, in modo analogo a quello che si verifica nel fulmine quando udiamo il tuono. Il tuono è causato dalla cessione di una grande quantità di energia in breve tempo all'aria circostante che espandendosi genera le onde acustiche che percepiamo come "tuono". Cosa generi questa fase del BL e perchè certe volte non si verifichi non è chiaro.

Del tutto diverse le modalità di sparizione dei bolidi riportate nella Tab14bis.
 

Tab14bis Modalità di sparizione dei bolidi
(117 casi)

 
Flare 5.1 %
Estinzione 85.5 %
Frammentazione 9.4 %

 
Modalità di sparizione dei bolidi
 

Per i bolidi al posto del termine "esplosione" si è utilizzato il termine "flare" che indica uno o più brusche variazioni di luminosità della meteora prima di sparire. Si noti come i bolidi preferiscano una estinzione tranquilla alla esplosione.

Teorie sui BL

Ci sono due modi in cui si può lavorare sui BL. Il primo modo è la raccolta di testimonianze e fotografie, il secondo consiste nell'elaborare teorie e nel condurre esperimenti di laboratorio. Abbiamo visto i risultati del primo filone di ricerca, ora vedremo i risultati del secondo. Cominciamo con l'esaminare brevemente alcune delle teorie proposte per spiegare i BL. Va sottolineato che non esiste una teoria "definitiva"sui BL. Il BL è oggetto di intenso studio perchè sono ancora numerosi i problemi aperti. Ad alcuni problemi abbiamo già accennato prima, comunque ecco la lista dei principali:

  • Struttura e sostanza di cui sono composti i BL
  • Tipo di energia che li alimenta
  • Processi chimici
  • Processi termici
  • Processi di dinamica dei gas
  • Processi elettrici
  • Processi radiativi
In particolare un punto che non è ancora ben chiaro è se la sorgente di energia è interna oppure esterna al BL. Se si assume che i BL abbiano una sorgente di energia interna allora non possono essere composti da semplice plasma. Infatti, a meno che il plasma non riceva energia dall'esterno, il tempo di vita è molto breve e dell'ordine di 0.001 secondi a causa della veloce ricombinazione delle particelle, ioni ed elettroni [1], [12]. Una alternativa per allungare la vita media consiste nell'assumere che nei BL non ci siano elettroni liberi in grado di ricombinarsi velocemente. Considerando che circa la metà dei BL compaiono in ambienti chiusi è ragionevole assumere che almeno per la metà dei BL la sorgente di energia sia interna. Esaminiamo brevemente le teorie più note.

Teoria elettromagnetica: P.L.Kapitza(3), 1955.

Kapitza assunse che la lunga vita dei BL fosse dovuta alla presenza di una fonte di energia esterna e suggerì che potesse trattarsi di onde elettromagnetiche stazionarie fra nubi e suolo originate dai temporali. Supponiamo che questo sistema di onde esista e vediamo cosa può succedere. Le regioni dove le onde hanno un minimo di intensità (interferenza distruttiva) sono dette nodi, mentre quelle dove l'intensità è massima (interferenza costruttiva) sono dette antinodi. Negli antinodi l'onda elettromagnetica può essere così intensa da separare gli elettroni dagli atomi e molecole dell'atmosfera, producendo una piccola regione ionizzata (plasma). Un plasma può assorbire onde elettromagnetiche di frequenza opportuna aumentando l'energia cinetica delle cariche e provocando ulteriore ionizzazione dell'aria. Da questo processo a cascata nasce il BL che emette radiazione grazie al processo di ricombinazione ioni-elettroni. Il BL continua ad esistere fino a quando persiste il sistema di onde stazionarie che lo rifornisce di energia dall'esterno. In questa teoria il diametro del BL è pari a 0.275·l [9], dove l è la lunghezza d'onda della radiazione che alimenta il BL. Lavori successivi a quello di Kapitza hanno mostrato che il BL si forma negli antinodi per poi migrare in prossimità dei nodi dove tende a rimanere. Il moto erratico dei BL in queta teoria è dovuto alla variazione della configurazione del sistema di onde stazionarie, la capacità dei BL di passare dove esistono porte, finestre e caminetti è dovuto al fatto che questi costituirebbero delle "guide d'onda" per la radiazione, mentre i Bead Lightning sono dovuti alla formazione di BL in antinodi adiacenti. Il problema di questa teoria è che per formare BL di circa 30 cm di diametro l deve essere circa 1 m, quindi con una frequenza n ~ 300 Mhz (UHF). Purtroppo durante i temporali non viene prodotta radiazione di questa frequenza. Infatti le bande di comunicazione attorno a questa frequenza sono usate dagli aerei e non registrano disturbi di rilievo durante i temporali. Un altro problema è giustificare un BL altamente energetico come quello del "Daily Mail" [12] o quello di Khabarovsk, inoltre non si giustifica la carica elettrica posseduta dai BL. Comunque esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che sistemi di microonde stazionarie possono dare effettivamente luogo a "sfere luminescenti".

Teoria dei microtemporali: E.L.Hill, 1960.

Per evitare gli inconvenienti della veloce ricombinazione del plasma Hill suggerì che il fulmine che precede il BL produca una separazione delle cariche negative (elettroni) e positive (ioni) che vengono catturate e trasportate da polveri e aerosol atmosferici. In questo modo le cariche non si ricombinano così velocemente come nel caso in cui ci siano elettroni liberi perchè la velocità di diffusione diminuisce all'aumentare della massa delle particelle. Nel modello di Hill regioni di carica opposta sono separate le une dalle altre fino a quando non scoccano fulmini da una regione all'altra. Questi "fulmini in miniatura" danno al BL un aspetto più o meno uniforme, ma tutto il BL sarebbe un complesso di temporali su piccola scala. Questo potrebbe spiegare certe osservazioni di BL "strutturati" con punti di luce e filamenti in movimento. Il modello di Hill può giustificare i BL energetici ma non è ben chiaro il meccanismo della separazione delle cariche [12].

Teoria nucleare: M.D.Altschuler, 1970.

In questa teoria si ipotizza che la sorgente di energia dei BL sia di origine nucleare. Durante un temporale i fulmini a scintilla possono dissociare la molecola d'acqua e i Protoni che ne risultano possono dare luogo a reazioni nucleari con O2 e N2. Questo spiegherebbe la vita relativamente lunga dei BL. Tuttavia ci sono difficoltà. Prima di tutto il problema del confinamento di Protoni e molecole atmosferiche e in secondo luogo la mancata osservazione di isotopi radioattivi dopo la sparizione del BL. Inoltre nessun testimone "ravvicinato" ha mai subito danni da particelle ionizzanti [21], [27].

Teoria dei Bosoni: G.C.Dijkhuis, 1980.

Dijkhuis suppone che venga creata una regione di plasma nell'atmosfera per mezzo di una corrente elettrica ad impulsi. Nello stato di plasma gli elettroni formano delle coppie di Cooper come nei superconduttori e se sono sufficientemente legati fra di loro danno luogo ad uno stato stazionario del plasma : il BL, [18].

Teoria dell'effetto maser: P.H.Handel, 1985.

Handel assume l'esistenza di un "effetto maser" nell'atmosfera da parte dei livelli rotazionali di H2O. La radiazione maser può essere concentrata in piccole regioni di spazio dando luogo al BL.

Teoria dei monopoli di Dirac: V.K.Korshunov, 1990.

Nella sua teoria Korshunov suppone l'esistenza dei "monopoli di Dirac" e dimostra che questi possono dare origine ai BL. Un monopolo di Dirac è una particella dotata di carica magnetica, fu introdotto dal fisico P.A.M.Dirac nel 1931. Il monopolo è l'analogo magnetico delle cariche elettriche della fisica classica. La meccanica quantistica ordinaria non richiede l'esistenza dei monopoli, può solo predire che, se esistono, allora sono quantizzati. I monopoli sono una predizione delle teorie di grande unificazione (GUT) della fisica delle particelle. Và notato che fino ad ora nessuno ha mai osservato un monopolo di Dirac.

Teoria dell'aerogel: B.M.Smirnov, 1977, 1987, 1993.

Smirnov suppone che in una data regione dell'atmosfera fra nube e suolo fluisca una corrente elettrica generata da un campo elettrico esterno. L'aria può essere ionizzata e le cariche elettriche separate. Se nel plasma unipolare così formato si trovano delle particelle di aerosol atmosferico (in genere molto abbondanti in prossimità del suolo) le cariche possono venire catturate dalle particelle che possono disporsi a formare un "cluster frattale" molto poroso noto come "aerogel" [31]. Le dimensioni delle particelle che formano l'aerogel sono dell'ordine di 1÷10 nm e visto che il BL cresce in un plasma unipolare sarà dotato di una carica elettrica. Pur essendo porosa la struttura è rigida e le reazioni chimiche all'interno del BL hanno luogo ad una velocità minore rispetto ad una sfera di plasma puro. Si spiega così la vita media relativamente lunga dei BL anche in assenza di alimentazione dall'esterno. Notare che la presenza dell'aerogel condiziona solo il modo in cui l'energia viene distribuita all'interno del BL, niente impedisce che il BL possa essere alimentato sia da un campo esterno che da una corrente elettrica. Non è il caso di addentrarsi nei dettagli della teoria di Smirnov, ai lettori interessati raccomandiamo vivamente di leggersi i suoi lavori sui BL [1], [2], [3], [7].

(3) A Kapitza fu conferito il premio Nobel per la Fisica nel 1978.

I BL "creati" in laboratorio

Durante i 160 anni di studio sui BL sono stati numerosi i tentativi di riprodurli in laboratorio. Lo scopo degli esperimenti è quello di verificare e dimostrare le ipotesi sulla natura dei BL, abbiamo visto prima infatti come sia ricco il "parco" delle teorie possibili. Alcuni degli esperimenti hanno avuto successo nel riprodurre "BL-like" del diametro di qualche cm. Ovvio che bisogna accontentarsi di lavorare su queste dimensioni ridotte: BL di dieci metri di diametro sarebbero difficili da riprodurre nei normali laboratori di fisica senza correre dei seri rischi per l'incolumità personale. Usiamo il termine "BL-like" perche' non è ben chiaro se i BL prodotti in laboratorio siano identici a quelli che si trovano in natura. La prima sperimentazione sistematica sui BL fu fatta da Tesla alla fine del diciannovesimo secolo, altri esperimenti furono condotti da Babat nel 1942. Tuttavia il primo a produrre BL-like a pressione atmosferica in laboratorio fu Kapitza negli anni '60. Kapitza utilizzò un campo di microonde stazionario come sorgente di energia esterna per poter verificare la propria teoria sui BL che abbiamo già avuto modo di esporre. Negli anni '70 Andrianov e Sinitzyn proposero che i BL nascessero dal materiale fatto evaporare dai fulmini che colpiscono il suolo e condussero esperimenti in tal senso, riuscendo però a creare sfere di plasma dalla vita troppo breve. Gli esperimenti più interessanti sono dovuti a Barry che li condusse negli anni '70. Barry riuscì a riprodurre BL-like applicando una tensione elevata a due elettrodi formati da due fili e posti in un'atmosfera standard con piccole percentuali di idrocarburi. In questo modo riuscì ad ottenere BL-like di qualche cm di diametro, vita media di qualche secondo e moto casuale. Attualmente gli esperimenti di Barry sono stati ripresi dai Giapponesi [5], [6] che hanno ottenuto BL-like con vita media più lunga aggiungendo delle fibre di cotone all'interno della miscela. Anche gli esperimenti di Tesla sono stati ripresi da Corum & Corum nel 1989 e i risultati sono incoraggianti: sono stati ottenuti BL-like con diametro che và da pochi mm a diversi cm e con vita media compresa fra 0.5 e diversi secondi. I colori vanno dal bianco al rosso.

Come si vede la strada per capire i BL sia dal punto di vista teorico che sperimentale è ancora lunga, tuttavia ci sono buone speranze di riuscire a penetrare entro tempi ragionevoli anche i segreti di queste affascinanti "sfere".

Piccola nota storica

Il primo a studiare seriamente i BL fu F.Arago(1786-1853), Astronomo francese e direttore dell'osservatorio di Parigi a partire dal 1830. Arago scrisse un libro dal titolo "Temporali e Fulmini" in cui si parla anche di BL. Già nel 1753 Richmann riuscì (involontariamente) a riprodurre in laboratorio un BL-like: una sfera di luce che ricordava molto i BL in natura, probabilmente il primo BL "artificiale" della storia. Anche M.Faraday(4) si occupò di BL, rifiutando la teoria che li interpretava come una semplice scarica elettrica. Per Lord Kelvin(5) invece i BL erano invece pure illusioni ottiche. C'è da osservare che l'ultimo lavoro in Italiano sui BL fu pubblicato nel 1919 da I. Galli, mentre l'ultimo articolo (in inglese) di ricercatori italiani (Brovetto e Maxia) è del 1982 ed è stato pubblicato sul "Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics".

(4) Fisico-Chimico inglese vissuto nel periodo che va dal 1791 al 1867. Da autodidatta condusse importanti esperienze sull'azionea distanza dei campi elettrici e magnetici. Introdusse per primo il concetto di "linee di forza". Sulle sue ricerche si basò J.C.Maxwell per scrivere la teoria dell'elettromagnetismo classico. Scoprì il fenomeno dell'elettroluminescenza nel 1838.

(5) Fisico inglese visse dal 1824 al 1907, il suo vero nome era William Thomson. Fu uno dei padri fondatori della termodinamica. Nel 1852 scoprì l'effetto Joule-Thomson (raffreddamento di un gas quando si espande). Fu il primo a cercare di determinare l'età della Terra, nel 1876 inventò un dispositivo per la integrazione meccanica delle equazioni differenziali. La scala delle temperature assolute in Fisica porta il suo nome.

Conclusioni

Termina qui questo breve viaggio nel mondo dei BL, fenomeno fisico a lungo e ingiustamente trascurato che ora si sta prendendo la sua rivincita. Il problema principale nello studio dei BL (come diceva già il Fisico P. Davies nel 1976, [20]) è fare in modo che le testimonianze arrivino "integre" agli scienziati. Come il lettore avrà già capito le apparizioni dei BL possono essere di forte impatto emotivo per l'osservatore occasionale che, di solito, non sa della loro esistenza. In queste condizioni e tenendo conto dell'irrazionalità dilagante di questo scorcio del XX secolo (sic!), ci vuole molto poco a cadere vittima di "paranoie ufologiche" così ben alimentate dalla stampa/TV spazzatura. Questo condizionamento mentale sul testimone (e anche sui potenziali testimoni) è ovviamente dannoso. Alla luce di quanto detto si capisce come la raccolta dei dati sia ostacolata da almeno tre fattori:

  • Disinformazione di massa da parte di stampa e TV: vale a dire sensazionalismo ad ogni costo. Cosa costerebbe ripetere ogni tanto, durante le previsioni del tempo, degli "avvisi" riguardo a questi fenomeni?
  • Attività di disturbo da parte di associazioni private (ufologi & Co): il troppo entusiasmo e la mancanza di metodo è nocivo per la raccolta dei dati.
  • Censura da parte delle autorità politiche e militari.
Dopo avere letto un articolo sui BL di solito viene il desiderio di vederne uno. Abbiamo visto che le occasioni migliori si hanno durante i temporali di luglio. Se pensate di avere osservato un BL fatemi avere una descrizione dell'evento, in particolare per quanto riguarda gli effetti fisici sull'ambiente circostante.

Bibliografia sui BL

La bibliografia sui BL è imponente. Qui di seguito si riportano gli articoli consulati per questa breve rassegna. Sono tutte pubblicazioni facilmente reperibili presso le biblioteche di un qualsiasi Dipartimento di Fisica. Gli articoli [8], [11] e [12] sono una buona introduzione all'argomento BL, mentre gli articoli [1], [2] e [3] sono consigliati per approfondimenti successivi.

Articoli:

[1]- B.M.Smirnov, "Physics of Ball Lightning" Physics Reports, Vol. 224, 1993, p.150-236.

[2]- B.M.Smirnov, "Observational Parameters of Ball Lightning" Physica Scripta, Vol.
48,1993, p.638-640.

[3]- B.M.Smirnov, "The properties of Fractal Clusters" Physics Reports, Vol. 188, 1990,
p.1-75.

[4]- Xue-Heng Zheng, "Quantitative Analysis for Ball Lightning" Physics Letters A, Vol. 148,
september1990, p.463-469.

[5]- H.Ofuruton, Y.H.Ohtsuki, "Experimental Research on Ball Lightning" Il Nuovo
Cimento, Vol.13c, n.4, luglio-agosto 1990, p.761-768.

[6]- H.Ofuruton, Y.H.Ohtsuki, "Plasma Fireballs Formed by Microwave Interference in Air"
Nature, Vol. 350, p.139-141, march 14, 1991.

[7]- B.M.Smirnov, "Electrical and Radiative processes in Ball Lightning" Il Nuovo Cimento,
Vol.12c, n5, september-october 1989, p.575-595.

[8]- N.Charman "The Enigma of Ball Lightning" New Scientist, p.632-635, december 14,
1972, p.632-635.

[9]- S.Singer "The Unsolved Problem of Ball Lightning" Nature, Vol. 198, may 25, 1963.

[10]- D.Finkelstein, J.Rubinstein, "Ball Lightning" Physical Review, Vol.135, n.2A, p.390-396,
1964.

[11]- S.Singer "The Unsolved Problem of Ball Lightning" Nature, Vol. 198, may 25,1963,
p.745-747.

[12]- H.W.Lewis, "Ball Lightning" Scientific American, Vol. 208, march 1963, p.107-116.

Lettere & note brevi:

[13]- A.F.Ranada, J.L.Trueba, "Ball Lightning an electromagnetic knot?" Nature, Vol. 383,
september 5, 1996, p.32.

[14]- S.Singer, "Great Balls of Fire" Nature, Vol. 350, march 14, 1991, p.108.

[15]- Y.H.Ohtsuki, H.Ofuruton, "Nature of Ball Lightning in Japan" Il Nuovo Cimento,
Vol. 10c, n.5, settembre-ottobre 1987, p.577-580.

[16]- B.Pippard, "Ball of Fire?" Nature, Vol. 298, august 19, 1982, p.702.

[17]- G.C.Dijkuis, "Plasmoid Confinement by the Charged Particle Micro-Field" Nature,
Vol. 290, march 12, 1981, p.166.

[18]- G.C.Dijkuis, "A Model for Ball Lightning" Nature, Vol. 284, march 13, 1980, p.150.

[19]- M.Stenhoff, "Ball Lightning" Nature, Vol. 260, april 15, 1976, p.596.

[20]- P.C.W.Davies, "Ball Lightning" Nature, Vol. 260, april 15, 1976, p.573.

[21]- S.J.Fleming, M.J.Aitken, "Radiation Dosage Associated with Ball Lightning" Nature,
Vol.252, november 15, 1974, p.220-221.

[22]- G.A.Wagner, "Optical and Acoustic Detection of Ball Lightning" C.H.Gibbs-Smith,
"On Fireballs" Nature, Vol.232, july 16, 1971, p.187.

[23]- A.J.F.Blair, "Magnetic Field, Ball Lightning and Campanology" Nature, Vol. 243,
june 29, 1973, p.512.

[24]- E.Argyle, "Ball Lightning as an Optical Illusion" Nature, Vol. 230, march 19,1971,
p.179.

[25]- M.Felsher, "Ball Lightning" Nature, Vol.227, august 29, 1970, p.982.

[26]- A.E.Covington, "Ball Lightning" Nature, Vol.226, april 18, 1970, p.252-253.

[27]- M.D.Altschuler, L.L.House, E.Hildner, "Is Ball Lightning a nuclear Phenomenon?"
Nature, Vol.228,november 7, 1970, p.545-546.

[28]- R.C.Jennison, "Ball Lightning" Nature, Vol.224, november 29, 1969,p.895.

[29]- W.K.R.Watson, "A Theory of Ball Lighting Formation" Nature, Vol.185, february 13,
1960, p.449-450.

[30]- W.Morris, "Daily Mail", november 5, 1936.

[31]-W.Cawood, H.S.Patterson, "A curious Phenomenon Show by Highly Charged Aerosol"
Nature, Vol. 128, July 25,1931, p.150.

Ringraziamenti

Un sentito ringraziamento va alla Dott.ssa Maura Pavesi e alla Dott.ssa Sofia Regina, per la lettura critica del manoscritto, un grazie a Mirko Prezioso per l'aiuto dato nel reperimento della bibliografia sui BL.


© Copyright Albino Carbognani (1998)

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