Raggi cosmici e temporali: la fisica rivela nuove chiavi per il meteo

Un team di ricercatori ha scoperto che i raggi cosmici possono aiutare a comprendere meglio i fenomeni meteorologici, in particolare i temporali. L’osservazione del comportamento dei muoni, particelle cariche generate dalle interazioni dei raggi cosmici con l’atmosfera, ha permesso di individuare differenze di potenziale elettrico all’interno delle nubi temporalesche. Questo ha portato a una maggiore capacità di prevedere la formazione dei fulmini e migliorare i sistemi di allerta meteorologica. L’indagine, condotta con il telescopio Grapes-3 situato in India, ha rivelato un’asimmetria nei dati che ha portato a una nuova comprensione del ruolo dei campi elettromagnetici nella formazione dei temporali.

La fisica e i raggi cosmici

Il telescopio Grapes-3, progettato per studiare i raggi cosmici, ha dimostrato di poter registrare i temporali e misurare le differenze di potenziale elettrico all’interno delle nubi. Questo è possibile grazie al comportamento dei muoni, particelle cariche che attraversano l’atmosfera e vengono influenzate dai campi elettrici. Gli scienziati hanno osservato che, all’interno delle nubi temporalesche, le cariche elettriche si separano, creando grandi differenze di potenziale. Questo ha causato una variazione nella velocità dei muoni, con quelli carichi negativamente che vengono accelerati e quelli positivi che vengono rallentati.

La soluzione dell’enigma risiede nel cut-off geomagnetico, che devia le particelle cosmiche cariche, creando un squilibrio di carica tra muoni positivi e negativi e rendendo Grapes-3 molto più sensibile ai campi elettrici temporaleschi verso est. Questo fenomeno ha spiegato l’asimmetria nei dati raccolti, che sembrava indicare una maggiore frequenza di temporali nella porzione orientale del campo visivo del telescopio.

Un passo avanti nella previsione meteorologica

Le registrazioni effettuate finora avevano misurato potenziali enormi, fino a 1,3 gigavolt, superando di un ordine di grandezza le misurazioni dirette con aerei o palloni sonda e confermando invece le intuizioni di Charles Thomson Rees Wilson, premio Nobel per la fisica negli anni Venti. Tra il 2011 e il 2020, il telescopio Grapes-3, che si estende su una superficie di 560 metri quadrati e capta ogni giorno 4 miliardi di muoni, ha registrato 487 temporali.

La capacità di misurare i potenziali elettrici all’interno delle nubi temporalesche rappresenta un passo avanti nella fisica applicata al meteo. Questo approccio potrebbe migliorare i sistemi di allerta meteorologica, proteggendo le attività umane da eventi climatici estremi. La collaborazione tra fisica e meteorologia continua a offrire nuove opportunità per comprendere meglio il nostro ambiente e prevedere i cambiamenti climatici. Verifiche condotte con sensori elettrici atmosferici indipendenti hanno escluso motivazioni meteorologiche. La causa dell’asimmetria non era una maggiore frequenza di temporali a est, ma – come hanno ora scoperto i ricercatori anche attraverso simulazioni informatiche – una diversa sensibilità dello strumento nelle due direzioni. Questo studio, pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), ha aperto nuove prospettive per l’osservazione e la previsione dei fenomeni meteorologici.