Sul sito del Dipartimento di Fisica della Facoltà di astrofisica e fisica spaziale dell'Università di Creta - Heraklion, all'url:
http://cal-crete.physics.uoc.gr/VLF-sprites/files/Mika-thesis-2007.pdf
è disponibile il testo completo di una tesi di dottorato del maggio 2007, opera di Agnes Mika. Si tratta di Very Low Frequency EM Wave Studies of Transient Luminous Events in the Lower Ionosphere, lavoro di ben 241 pagine.
Dopo aver analizzato le difficoltà generali per la ricerca sui TLE, in primis la loro natura non lineare e la vita assai breve (un massimo registrato di 250 ms), Mika nota che alcune domande importanti su di essi rimangono ancora senza risposta.
Lo studio dell'Autrice è volto ad apportare nuove conoscenze sulla fisica dei TLE ed in modo speciale su ciò che concerne i processi di accoppiamento elettrico fra la troposfera - dove si manifestano i fulmini - e l'alta atmosfera, dove appaiono i TLE.
Il lavoro di Mika è consistito soprattutto nell'analisi dei segnali EM emessi dalle più potenti stazioni trasmittenti nella gamma VLF (3-30 kHz) sparse nel mondo. Le registrazioni ad alta risoluzione ottenute dai ricevitori più avanzati, posizionati a Creta ed in Francia, contemporanee all'analisi dell'attività ceraunica e di quella TLE, hanno permesso di studiare gli effetti dei campi elettrici indotti dai fulmini sulla bassa ionosfera, cosa che ovviamente ha conseguenze sulla propagazione VLF.
Ecco alcuni degli esiti:
1) è stata stabilita l'esistenza di un rapporto diretto tra sprites ed eventi VLF precoci. Ciò ha fornito l'evidenza necessaria per provare un incremento della densità elettronica dello strato D della ionosfera durante gli sprites, a conferma delle previsioni teoriche circa la presenza di scariche disruptive nell'aria indotte dai fulmini ed anche della ionizzazione dell'alta atmosfera;
2) altre rilevazioni circa il legame tra sprites e le scariche positive nube-suolo che ne sono causa hanno fatto scoprire che c'è un 30% di sprites che si manifestano con un ritardo particolarmente lungo (fra i 30 ed i 220 ms) rispetto alla scarica. Ciò suggerisce che correnti continue di lunga durata giochino un ruolo chiave nell'accumulo di forti campi quasi-elettrostatici (QE) nell'alta atmosfera e nella bassa ionosfera, campi che poi causeranno gli sprites.
Un'altra parte dello studio di Mika è stato dedicato al ruolo che i fulmini nube-nube possono avere nel processo generativo dei TLE.
In questo caso sono state effettuate registrazioni VLF ad ampio spettro accompagnate dalla detezione di dati sulle scariche infranuvole. Le previsioni sono state confermate. Le scariche di questo genere influenzerebbero la redistribuzione delle cariche modulando così intensità e durata dei campi mesosferici QE che producono gli sprites. Addirittura, le scariche infranuvole sarebbero decisive nel dare forme speciali agli sprites, "a carota" oppure "a colonna". Secondo Mika è probabile che queste scariche facciano sì che i campi QE dell'alta atmosfera eccedano la soglia necessaria per le scariche disruptive per durata e dimensioni spaziali maggiori nel caso degli sprites "a carota" rispetto a quelli "a colonna".
L'acquisizione di maggior rilievo è però rappresentata dal fatto che lo studio delle perturbazioni VLF precoci connesse agli sprites ha portato alla scoperta di una nuova categoria fenomenica di eventi VLF, per i quali è stato proposto il nome "precoci/lenti", caratterizzati da un periodo di insorgenza assai lungo (fino a 2,5 s circa), contrapposti agli eventi "precoci/rapidi" che raggiunono la massima intensità in meno di 50 ms.
Il meccanismo proposto per rendere conto di questa lentezza postula un processo di accumulo graduale di ionizzazione secondaria causato dagli effetti sugli elettroni degli impulsi elettromagnetici (EMP) prodotti dagli sprites irradiati verso l'alto dai canali dei fulmini infranuvole. L'ipotesi appare sostenuta dall'identificazione di attività VLF sferiche di tipo esplosivo legate alle scariche infranuvole che si verificano nei temporali apportatori di sprites. Queste attività sono concomitanti alla fase di crescita degli eventi precoci/lenti.
Inoltre, un esame delle osservazioni di elves fatte sia da terra sia da satelliti, insieme a registrazioni VLF simultanee, ha portato alla scoperta di perturbazioni VLF precoci legate agli elves. Si tratta di un'evidenza attesa da tempo a favore del prodursi di una ionizzazione nella parte superiore della regione D causata dagli EMP indotti dai fulmini che generano pure gli elves. Essa giunge a sostegno di teorie e simulazioni già esistenti.
Infine, Mika ha migliorato un modello numerico esistente in modo da simulare l'effetto scattering VLF a partire da un gruppo di strutture plasmatiche verticali corrispondenti al corpo degli sprites.
Alcuni test indicano che questo modello dovrebbe essere estensibile con facilità in modo da simulare delle perturbazioni VLF precoci captate da uno o più ricevitori.
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