Sul Säntis grazie al laser deviato per la prima volta un fulmine

Come mai scrivere e parlare di fulmini nella stagione invernale, quando temporali e cumulonembi sono ben lontani dall’apparire sulla nostra testa o all’orizzonte?
In effetti l’autore di un appassionante articolo sul blog di MeteoSvizzera non si riferiva alla stagione in corso, ma alla pubblicazione dei risultati di uno studio sulla rivista “Nature Photonics”.
Esso conclude con una novità clamorosa: i fulmini possono essere deviati verso un oggetto desiderato con l’aiuto di un raggio laser.

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In meteorologia il fulmine (detto appunto anche saetta o folgore) è un fenomeno atmosferico legato all’elettricità atmosferica che consiste in una scarica elettrica di grandi dimensioni, che si instaura fra due corpi con elevata differenza di potenziale.
I fulmini più facilmente osservabili sono quelli fra nuvola e nuvola, ma sono comuni anche quelli fra nuvola e suolo.
Inoltre, qualsiasi oggetto sospeso nell’atmosfera può innescare un fulmine: si sono osservati infatti fulmini tra nuvola, aeroplano e suolo.
Un caso particolare sono i cosiddetti fulmini globulari al suolo, tuttora in fase di studio e ricerca, ma che non hanno avuto una particolare rilevanza in epoca recente in Svizzera.
Si descrive un fulmine perché è una singola scarica, ma sono molto frequenti i casi in cui si verificano una serie di scariche in rapida successione.
Tipicamente, l’intervallo di tempo tra una scarica e l’altra può oscillare tra i 5 e i 500 millisecondi, e la serie nel complesso può durare anche un secondo e mezzo.

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Una grande differenza di velocità fra le componenti del lampo e del tuono

L’attività luminosa connessa alla scarica di un fulmine è detta lampo, mentre l’espansione del canale ionizzato in seguito alla scarica genera un’onda d’urto molto rumorosa, il tuono.
Un osservatore distante vede il lampo sensibilmente prima di sentire il tuono, poiché il suono viaggia a velocità molto inferiore a quella della luce (1238 km orari circa contro 300.000 km al secondo) e quindi percepirà un ritardo di circa tre secondi per ogni chilometro di distanza dal fulmine.
L’intensità della corrente elettrica prodotta da un fulmine varia tipicamente tra i 10 e i 200 kiloampere: più in particolare, esso è una colonna di gas ionizzato o plasma.
La differenza di potenziale ai capi del fulmine dipende dalla lunghezza dello stesso: sapendo che il potenziale di rottura dielettrica dell’aria è di 3000 Volt/millimetro, un ipotetico fulmine lungo 300 metri sarà generato da un voltaggio enorme.
In realtà, la grande pericolosità del fulmine è dovuta, più che alle grandi tensioni, alla corrente che fluisce nel canale d’aria ionizzata.
Essendo infatti il plasma un ottimo conduttore di corrente, esso permette il fluire di correnti tipiche di migliaia di Ampere.
Si consideri che bastano circa 20 mA per causare danni fisiologici da folgorazione.

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Un canale conduttivo per il fulmine creato ai piedi della torre di trasmissione

Un team di ricercatori dell’Università di Ginevra ha indagato su questa tematica.
Come sito di sperimentazione è stato scelto il Säntis, cima delle Prealpi sul confine fra i Cantoni San Gallo, Appenzello Interno e Appenzello Esterno, il quale si trova a 2502 metri di quota.
Dalla cima di questo monte è possibile vedere ben sei Paesi: Svizzera, Germania, Liechtenstein, Austria, Francia e Italia.
I fulmini colpiscono il traliccio di telecomunicazione del Säntis circa 400 volte l’anno.
Questo comporta una frequenza di fulminazioni tra le più alte in Svizzera.

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La montagna ideale per condurre esperimenti, elevata di ben 124 metri

Per questo motivo, è particolarmente indicato condurre uno studio di questo tipo sul Säntis.
A questo scopo, i ricercatori hanno installato un fascio laser ai piedi della torre di trasmissione, che è alta 124 metri.
Il fascio laser viene diretto oltre la cima della torre verso la nube temporalesca.
Lungo questo fascio, le proprietà dell’aria vengono modificate dal laser in modo tale da creare un canale conduttivo per il fulmine.
Il canale conduttivo si sviluppa in prossimità del parafulmine vero e proprio del Säntis (la parte superiore della torre di telecomunicazione) dirigendo la scarica verso il parafulmine, scaricandolo in seguito nel terreno.
Secondo gli autori dello studio, durante il primo fulmine che si è verificato in concomitanza dell’impiego del laser, è stato osservato che il fulmine poteva seguire il fascio laser per quasi 60 metri.

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Dal 2000 incremento delle scariche elettriche nel Napf e a nord delle Alpi

MeteoSvizzera dispone di dati sui fulmini dal 2000.
Oltre al Säntis, si osserva un leggero aumento dell’attività temporalesca sul versante nord delle Alpi, in particolare nella Svizzera centrale e nella regione del Napf.
Il Napf è una montagna al confine tra i Cantoni di Berna e Lucerna.
Con un’altitudine di 1.408 metri, è la vetta del Napfgebiet, la regione collinare bernese e lucernese.
È considerato geologicamente come parte dell’altopiano svizzero, sebbene a volte sia considerato parte delle Alpi Emmentali.

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Jean-Pierre Wolf: “L’aria conduttiva meglio di parafulmini alti un chilometro…”

L’obiettivo dello studio è proteggere le infrastrutture critiche, come aeroporti, parchi eolici o centrali nucleari, dai fulmini.
Un parafulmine convenzionale ha una portata limitata.
Forma un punto di impatto per il fulmine e conduce la corrente elettrica al suolo.
Un raggio laser può penetrare più a fondo nella nuvola e quindi deviare i fulmini verso un parafulmine.
Il fisico autore dello studio, Jean-Pierre Wolf, ha affermato: “Per le grandi strutture come gli aeroporti, ci vorrebbe un parafulmine alto un chilometro. A quel punto ci è venuta l’idea di usare il laser per rendere l’aria conduttiva”.
Il raggio laser funziona in qualsiasi condizione atmosferica perché può penetrare le nuvole o la nebbia.

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