Nubi Nottilucenti: E Se Fossero Semi Cosmici Super-Ossidati a Farle Brillare?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un fenomeno celeste che mi affascina da sempre: le nubi nottilucenti (NLC). Avete presente quelle striature blu elettrico, quasi eteree, che a volte si vedono nel cielo crepuscolare estivo ad alte latitudini? Ecco, sono loro. Sono le nuvole più alte della nostra atmosfera, fluttuano nella mesosfera, a circa 80-85 km di quota, un confine quasi spaziale.

La loro bellezza è innegabile, ma nascondono ancora molti misteri. Sappiamo che sono fatte di minuscoli cristalli di ghiaccio, ma come si formano lassù, dove l’aria è incredibilmente rarefatta e secca? Serve un “seme”, una particella microscopica su cui il vapore acqueo possa iniziare a condensare. E qui entra in gioco la polvere cosmica!

Polvere di Stelle e Nuvole Misteriose

Pensateci: ogni giorno, tonnellate di polvere extraterrestre bombardano la nostra atmosfera. Bruciando ad altissima velocità, questi micro-meteoroidi rilasciano atomi (principalmente silicio, magnesio, ferro) che poi si ricombinano con l’ossigeno e altre molecole atmosferiche, formando quelle che chiamiamo particelle di fumo meteorico (MSPs – Meteoric Smoke Particles). Sono proprio queste nanoparticelle, più piccole di 2 nanometri, le principali sospettate nel ruolo di semi per le NLC.

Il problema è che studiarle direttamente lassù è un’impresa quasi impossibile. Sono minuscole, sparse in un ambiente estremo. Come fare allora a capire se sono davvero loro le responsabili e, soprattutto, come funzionano?

Ricreare lo Spazio in Laboratorio

Qui entriamo in gioco noi ricercatori. Non potendo andare facilmente nella mesosfera a raccogliere campioni, abbiamo pensato: perché non proviamo a ricreare il processo di formazione delle MSPs in laboratorio? Detto, fatto. Abbiamo usato una tecnica chiamata ablazione laser: in pratica, abbiamo “sparato” un raggio laser su un materiale composto da silicio e magnesio (simulando la composizione della polvere cosmica) in presenza di una piccola quantità di ossigeno e molto elio per raffreddare il tutto rapidamente.

L’idea era di generare cluster, cioè aggregati di pochi atomi, simili a quelli che si formano lassù dopo l’ablazione meteorica. In particolare, ci siamo concentrati sui cluster anionici, cioè quelli che hanno catturato un elettrone in più, diventando carichi negativamente (MgₓSi<0xE1><0xB5><0xA7>O<0xE2><0x82><0x93>⁻). Perché proprio gli anioni? Perché si pensa che le particelle cariche siano molto più efficienti nel far condensare il ghiaccio, aiutando a superare un ostacolo fisico noto come effetto Kelvin (che rende difficile la condensazione su particelle molto piccole).

Una Sorpresa Ricca di Ossigeno

Analizzando i cluster che siamo riusciti a produrre e a isolare (usando tecniche sofisticate come la spettrometria di massa e la spettroscopia infrarossa IR-MPD, confrontando i risultati con calcoli teorici quantistici), abbiamo fatto una scoperta sorprendente. Questi cluster di silicato di magnesio erano inaspettatamente ricchi di ossigeno! Molto più di quanto ci si aspetterebbe dalla normale combinazione chimica (la formula generale era MgₓSi<0xE1><0xB5><0xA7>O<0xE2><0x82><0x93>⁻ con z > 2(x+y)).

Ma la cosa ancora più strana era *come* questo ossigeno extra fosse legato. Non solo atomi di ossigeno singoli, ma anche strutture simili a superossidi (O₂⁻) o addirittura a molecole di ozono (O₃) attaccate al cluster principale, oltre a radicali liberi di ossigeno. Una chimica davvero insolita!

L’Identikit del Seme Perfetto?

Questa sovrabbondanza di ossigeno ha una conseguenza fondamentale. Abbiamo calcolato l’affinità elettronica dei corrispettivi cluster neutri (cioè quanto “vogliono” catturare un elettrone per diventare anioni). I valori sono risultati incredibilmente alti (tipicamente sopra i 4.2 eV), molto più alti di altre molecole presenti nella mesosfera o di cluster di silicati “normali”. In pratica, questi cluster super-ossidati sono delle vere e proprie “trappole per elettroni”.

Questo è cruciale! Ricordate che lassù ci sono molti elettroni liberi prodotti dalla radiazione solare. La capacità di catturarli efficacemente è fondamentale per diventare semi di nucleazione carichi. Abbiamo quindi fatto un passo ulteriore: abbiamo modellato la cinetica di cattura degli elettroni e la resistenza di questi anioni a processi che potrebbero distruggerli (come la fotodetachment da parte della luce solare o la neutralizzazione da parte di ioni positivi).

I risultati? Questi cluster hanno un’efficienza di carica stimata tra il 3% e il 18%. Sembra poco? In realtà, è perfettamente in linea con le stime (attorno al 6%) che i modelli atmosferici richiedono per spiegare le misurazioni fatte da razzi sonda e radar sulla quantità di MSPs cariche presenti nella mesosfera! È una coincidenza notevole.

Implicazioni e Prospettive Future

Cosa significa tutto questo? Che questi piccoli cluster anionici di silicato di magnesio, super-ossidati e con strutture particolari, hanno tutte le carte in regola (chimiche, elettroniche, ottiche) per essere considerati dei candidati molto credibili come semi di nucleazione per le nubi nottilucenti.

La loro alta affinità elettronica spiega perché una frazione delle MSPs possa caricarsi efficacemente, e la loro composizione deriva direttamente dalla polvere cosmica che entra nella nostra atmosfera. Anche se le condizioni del nostro esperimento non sono identiche a quelle della mesosfera, i meccanismi di formazione fondamentali sono probabilmente simili.

Capire la natura esatta di questi semi è fondamentale non solo per svelare il mistero delle NLC, ma anche per comprendere meglio la chimica complessa dell’alta atmosfera. Inoltre, le NLC sono considerate un po’ le “canarine nella miniera” del cambiamento climatico: la loro crescente frequenza e luminosità negli ultimi decenni è stata collegata all’aumento del metano (che produce vapore acqueo lassù) e al raffreddamento della mesosfera dovuto ai gas serra. Includere le proprietà di questi cluster super-ossidati nei modelli climatici e atmosferici potrebbe aiutarci a definire meglio questi legami e a prevedere l’evoluzione futura della nostra atmosfera.

Insomma, la prossima volta che (se siete fortunati!) vedrete brillare le nubi nottilucenti nel cielo notturno, pensate che forse state assistendo a un delicato balletto cosmico, innescato da minuscoli semi di polvere di stelle arricchiti di ossigeno, nati dalla continua interazione tra la Terra e lo spazio. Non è affascinante?

Fonte: Springer