Lampi gamma terrestri: Asim pronto al lancio

Asim (Atmosphere-Space Interactions Monitor) dell’ESA è la scatola in basso al centro in questa immagine, installata nel Dragon di SpaceX, in vista del lancio della prossima settimana. Il 2 aprile 2018, il Falcon 9 porterà questo strumento sulla Stazione Spaziale Internazionale per iniziare la sua missione di rilevamento dei Tgf nell’atmosfera. Copyright © 2018 Space Exploration Technologies Corp.

Il 2 aprile partirà dal Kennedy Space Center, a bordo della SpaceX Crs-14 (spacecraft Dragon Crs), il payload Asim (Atmospher Space Interaction Monitor) destinato ad essere installato sulla Stazione Spaziale Internazionale (Iss). Asim è un progetto internazionale finanziato da Esa, in stretta collaborazione con la Nasa, sviluppato da un consorzio formato da Terma A/S, Technical University of Denmark, University of Bergen, University of Valencia, Polish Academy of Science Space Research Center, and OHB Italia. Il principale obiettivo scientifico della missione Asim è studiare i lampi gamma terrestri (Terrestrial Gamma-ray Flash, Tgf) e gli eventi luminosi transitori (Transient Luminous Events, Tle) che si verificano nella parte superiore dell’atmosfera, sopra i temporali, e la loro possibile correlazione. Per raggiungere tale obiettivo si servirà di due strumenti: uno strumento ottico per osservare i Tle e uno strumento X e Gamma per osservare i Tgf. I due strumenti implementano algoritmi avanzati per l’identificazione di questi eventi e saranno in grado di acquisire sia dati ottici che dati gamma per tutti gli eventi che sono potenziali candidati di Tle/Tgf.

A poche ore dalla partenza della missione, abbiamo fatto il punto della situazione con Martino Marisaldi del Birkeland Centre for Space Science di Bergen, in Norvegia, nonché professore associato al Dipartimento di Fisica e Tecnologia dell’Università di Bergen e associato INAF. Il gruppo in cui lavora Martino, a Bergen, è responsabile dello strumento di alta energia del payload di Asim.

Martino, puoi riassumerci le principali caratteristiche dei Tgf che Asim si propone di studiare?

Martino Marisaldi, del Birkeland Centre for Space Science a Bergen, in Norvegia, nonché professore associato al Dipartimento di Fisica e Tecnologia dell’Università di Bergen e associato INAF.

I lampi gamma terrestri, o Terrestrial Gamma-ray Flash (Tgf) sono intense emissioni di fotoni di alta energia della durata media di circa 100 microsecondi, prodotti negli strati alti delle nubi temporalesche e associati alla produzione di fulmini. L’energia media dei fotoni è di circa 1 mega-elettronvolt (MeV), con energie massime fino a diverse decine di MeV. Sono talmente brillanti che vengono rivelati regolarmente da satelliti in orbita a qualche centinaio di km sopra la superficie terrestre, come Agile, Fermi o Rhessi. Si stima che ne avvengano almeno qualche migliaio al giorno, ma questa stima è limitata dalla sensibilità degli strumenti, quindi non sappiamo ancora se vi sia una popolazione, magari molto numerosa, di eventi troppo deboli per essere rivelati dagli strumenti attualmente in funzione.

Come si formano i Tgf? Ci sono stati progressi, in questi ultimi anni, nella comprensione del fenomeno?

Diciamo che quasi tutti gli studiosi attivi nel campo sono d’accordo sul meccanismo di base, ovvero che i Tgf sono prodotti dall’interazione con l’atmosfera di un grande numero di elettroni relativistici accelerati nei campi elettrici delle nubi temporalesche. Non è chiaro però se questa accelerazione avvenga nei campi elettrici di larga scala interni alla nube, oppure se abbia un ruolo fondamentale la formazione del canale ionizzato associato alla produzione di un fulmine. In particolare, la relazione di causa/effetto fra Tgf e fulmini non è ancora stata chiarita.

Perché si formino quindi deve esserci un temporale al di sotto delle nubi?

In generale sì, anche se sono stati osservati Tgf associati a sistemi di nubi estremamente diversi fra loro, da sistemi molto deboli e poco attivi, fino agli uragani.

Si formano solo nella fascia equatoriale oppure se ne rilevano anche a latitudini maggiori?

La distribuzione geografica dei Tgf segue molto bene quella dei fulmini, che è appunto concentrata nella fascia equatoriale, con una certa variabilità stagionale. Il Tgf a maggiore latitudine osservato fino ad ora ha avuto luogo nel bacino del Mediterraneo, al largo delle coste della Sicilia, ad una latitudine di circa 35 gradi Nord, ed è stato osservato da Rhessi. Questa latitudine però è anche un limite massimo dovuto all’inclinazione delle orbite dei satelliti in grado di osservare questi fenomeni. A latitudini maggiori c’è un’intensa attività temporalesca e nulla vieta che vi siano Tgf associati: semplicemente non è stato possibile osservarli fino ad ora. Questo sarà uno dei punti che la prossima missione Asim potrà chiarire, essendo installata sulla Stazione Spaziale Internazionale, in orbita con un’inclinazione di 51 gradi.

Attualmente con quali strumenti vengono rivelati? Chi li sta osservando e in che modo? Esistono cataloghi, oltre a quello del mini-calorimetro di Agile?

Fino ad ora sono stati osservati da satelliti progettati per fare un lavoro diverso, ovvero osservazioni di astrofisica delle alte energie, come Rhessi, Fermi e la missione Agile dell’Agenzia Spaziale Italiana. Tutte queste tre missioni forniscono cataloghi e ormai sono state osservate e catalogate diverse migliaia di eventi.

Si sono viste correlazioni con emissioni contemporanee e localizzate nello stesso punto, in altre bande dello spettro elettromagnetico?

Sono state osservate associazioni simultanee con le onde radio di bassa e bassissima frequenza (Lf, Vlf e Elf) associate a fulmini e in pochi casi sono state osservate correlazioni con l’emissione ottica associata al riscaldamento del canale ionizzato del fulmine. In particolare, la correlazione con le onde radio di bassa e bassissima frequenza associate ai fulmini è diventata uno strumento fondamentale per localizzare con precisione il Tgf e per capire quando la produzione abbia luogo in relazione alle varie fasi di generazione di un fulmine.

Asim si propone di studiare cosa accade sopra alle nubi temporalesche, per capire se c’è una correlazione tra Tle e Tgf. Che cosa sono i Tle? Come si generano? Ci sono evidenze (osservative e/o teoriche) che supportano questa presunta correlazione?

Un temporale visto dalla ISS. Crediti: ESA/NASA.

I Tle, eventi transienti luminosi, o Transient Luminous Events, sono appunto brevi fenomeni luminosi associati a nubi temporalesche, che hanno luogo tipicamente sopra il limite delle nubi, nella cosiddetta mesosfera e si possono estendere fino alla ionosfera, circa a un centinaio di km sopra la superficie terrestre. Vi sono molti differenti tipi di Tle, prodotti da meccanismi anche molto diversi tra loro. Poco dopo la scoperta di Tle e Tgf, avvenuta all’inizio degli anni 90 del secolo scorso, si riteneva che i due fenomeni fossero correlati, soprattutto poiché si riteneva che i Tgf fossero prodotti sopra le nubi temporalesche. In seguito, è stato dimostrato che i Tgf sono prodotti negli strati interni delle nubi, e l’idea dell’associazione fra Tle e Tgf ha perso sostegno. Di recente però sono stati eseguiti studi teorici che suggeriscono l’associazione fra Tgf e un tipo particolare di Tle, ovvero gli Elves. Sarà interessante vedere se Asim potrà confermare questa associazione.

Con il mini-calorimetro di Agile, e qualche altro strumento ottico, siete riusciti a identificare tale correlazione in qualche caso di quelli riportati nel vostro catalogo? Oppure anche in altre bande, come il radio, ad esempio.

Con il calorimetro di AGILE abbiamo ora parecchie centinaia di associazioni con i fulmini localizzati in banda radio. Questo è stato possibile grazie ad una modifica della configurazione di bordo effettuata nel 2015 che ha permesso di migliorare di 10 volte la frequenza con cui Agile rivela i Tgf, soprattutto per quanto riguarda gli eventi più brevi che hanno una maggiore probabilità di essere associati alle emissioni radio dei fulmini.

La campagna osservativa di ASIM quanto durerà? Sei coinvolto anche tu?

Asim su Columbus (ISS). Asim verrà installato all’esterno del laboratorio spaziale europeo Columbus per monitorare gli eventi elettrici ad alta quota. In questa rappresentazione artistica, Asim è visibile a destra. Crediti: ESA CDF.

Asim è una missione dell’Esa con una vita nominale di due anni, ma speriamo ovviamente che possa essere estesa ulteriormente. Da quando lavoro al Birkeland Centre for Space Science a Bergen, sono profondamente coinvolto nella missione, soprattutto per quanto riguarda la preparazione degli strumenti software necessari all’analisi dei dati, e al successivo sfruttamento scientifico della missione. Dopo il lancio di Agile nel 2007, è la prima volta che sono coinvolto così profondamente in una missione che sta per essere lanciata, e confesso che attendo il momento del lancio con impazienza.

Rispetto ai risultati pubblicati nel 2013, hai scoperto altre cose interessanti? Continui a lavorare su questo tema?

Sì, questo è ancora il campo scientifico in cui sono più attivo e che mi da le maggiori soddisfazioni professionali. Per quanto riguarda Agile, dopo la modifica della configurazione cui ho già accennato, abbiamo ottenuto una mole enorme di osservazioni su cui stiamo ancora lavorando attivamente, sia con il team Agile in Italia, sia con il gruppo di cui faccio parte qui a Bergen. Ed ora, siamo pronti per i dati di Asim.

Per gli interessati sarà possibile seguire lo streaming live del lancio il 2 aprile alle ore 22:30 CET  a questo link http://www.asim.dk/

Fonte: Lampi gamma terrestri: Asim pronto al lancio

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