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I raggi gamma sono tra i fenomeni più energetici noti agli scienziati. Provengono dallo spazio, dove sono prodotti da eventi estremi come l’esplosione di supernove, la caduta di materia all’interno di un buco nero, brillamenti solari di particolare intensità, e così via. Un raggio gamma non è altro che un fascio di fotoni – le particelle che veicolano la forza elettromagnetica – che viaggiano alla velocità della luce nel vuoto con una carica elettrica estremamente maggiore di quella ordinaria. L’energia dei raggi gamma varia da un minimo di 10.000 fino a decine di milioni di elettronvolt per singolo fotone. Non c’è da stupirsi che questi fenomeni avvengano nello spazio cosmico; ma all’inizio degli anni ’90 diversi rilevatori di raggi cosmici iniziarono a individuare tracce di fenomeni provenienti non dallo spazio, ma dalla Terra. Ben presto fu chiaro che, all’interno dell’atmosfera terrestre, vengono prodotti brevissimi ma intensissimi lampi di raggi gamma. Si tratta di uno dei più grandi misteri odierni della fisica, e potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’atmosfera e aprire scenari anche piuttosto inquietanti.

Temporali di lampi gamma?

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Una cosa è certa: questi lampi di raggi gamma terrestri avvengono all’interno di temporali particolarmente violenti, di solito situatati nelle aree equatoriali o tropicali, dove generalmente la frequenza e l’intensità dei temporali è maggiore. Sappiamo che i temporali producono scariche elettriche di enorme potenza, ma le energie in gioco sono significativamente inferiori a quelle dei raggi gamma. Che cosa produce questi fenomeni nell’atmosfera terrestre? I modelli proposti sono diversi, e tutti finora sono stati smentiti dalle osservazioni sempre più sconcertanti. La prima ipotesi puntava il dito su un fenomeno noto come sprite, scariche elettriche che avvengono ad alta quota – intorno agli 80 chilometri di altitudine – e che producono una sorta di fuochi d’artificio di colore rosso, visibili dallo spazio. Gli sprite sono il risultato di un processo che nasce da un temporale di particolare violenza, dove gli elettroni – fortemente energizzati – vengono proiettati verso l’alto, negli strati più esterni dell’atmosfera, dove ogni tanto colpirebbero qualche atomo dell’aria, producendo fotoni ad alta energie che darebbero origine ai raggi gamma.

L’ipotesi è stata smentita dalle verifiche che dimostrano come i raggi gamma di origine terrestre nascano in regioni molto più basse dell’atmosfera, intorno ai 10-20 km di altitudine, l’area cioè delle nubi temporalesche. È qui, e non altrove, che nascono questi lampi di estrema potenza. Questa scoperta recente ha sollevato diverse preoccupazioni. In effetti, anche se fossero innocui per un aereo in volo, i lampi di raggi gamma sono molto pericolosi per l’organismo umano. Producono danni identici a quelli delle altre radiazioni, ed è stato calcolato che l’esposizione a un lampo gamma di qualche millisecondo da parte dei passeggeri di un aereo sarebbe pari alla quantità di radiazioni normalmente assorbita in un intero arco di vita umana. Verifiche compiute con un velivolo automatico all’interno di simili temporali qualche mese fa minimizzerebbero questo scenario, dimostrando che l’energia prodotta da simili lampi gamma sarebbe piuttosto innocua per chi l’assorbisse.

Il rischio per gli aerei

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È presto per tirare un sospiro di sollievo, in realtà, anche perché gli stessi ricercatori che hanno condotto questo primo studio “sul campo” ritengono comunque più prudente per un pilota di linea evitare le turbolenze particolarmente intense (cosa che del resto un pilota normalmente già fa). Il rischio maggiore è quello legato alla possibilità di danni allo stesso velivolo. In seguito all’incidente accorso al volo Air France sulla rotta Rio de Janeiro-Parigi nel 2009, diversi esperti hanno sostenuto l’ipotesi che l’area in cui l’aereo è esploso – un’area di forte turbolenza sull’equatore – abbia prodotto un lampo gamma di estrema potenza, tale da abbattere il velivolo. “Si tratta di fenomeni rari e non sappiamo se il fiotto di raggi gamma sia cilindrico o sferico, ma se un aeroplano ne è coinvolto data l’energia in gioco ci possono essere effetti negativi ad esempio sull’elettronica di bordo”, spiega Marco Tavani, a capo della missione scientifica AGILE, l’osservatorio spaziale di raggi gamma realizzato dall’Agenzia spaziale italiana. AGILE, alla fine dell’anno scorso, aveva rilevato lampi gamma all’interno dell’atmosfera di potenza finora sconosciuta, tali da inficiare tutti i modelli teorici fin qui elaborati dai fisici. E pericolosi al punto da compromettere la sicurezza dei nostri cieli.

Di recente abbiamo scoperto una cosa ancora più sorprendente: all’interno di questi temporali tropicali si forma spesso anche antimateria. L’antimateria, sotto forma di positroni, le anti-particelle degli elettroni, potrebbe innescare il fenomeno che dà vita ai lampi gamma. L’antimateria in natura è rarissima, e la sua individuazione nell’atmosfera terrestre ha rappresentato una scoperta che ha colpito gli scienziati. Anche se questi positroni sfuggono poi all’atmosfera terrestre e fuggono nello spazio, resta il fatto che a produrli non è un acceleratore di particelle ma un evento naturale e apparentemente ben noto come un temporale. Risulta ormai chiaro quindi che temporali di particolare intensità, soprattutto nelle aree equatoriali, costituiscono un pericolo da non sottovalutare. Le ricerche sono attualmente in corso e mirano, oltre che alla comprensione dei meccanismi fisici che producono nella nostra atmosfera fenomeni così estremi ed esotici, a comprendere il loro rischio effettivo. Una ricerca che potrebbe essere compiuta, ad esempio, dovrebbe confrontare un campione di persone che compiono con una certa regolarità voli su aree equatoriali-tropicali con un campione di riferimento, per verificare se si riscontri un valore più alto di radiazioni assunte o un rischio più elevato di tumori.