Il fuoco di Sant'Elmo è un bagliore blu persistente che occasionalmente appare vicino a oggetti appuntiti durante le tempeste. Il nome è una specie di termine improprio, in quanto il fenomeno elettrico ha più in comune con il fulmine o l'aurora boreale che con la fiamma.
I capitani dei mari e dei cieli conoscono meglio il fuoco di Sant'Elmo, poiché la luce eterea è stata a lungo avvistata aggrappata agli alberi delle navi e più recentemente alle ali degli aerei. I marinai hanno notato lo spettacolo per migliaia di anni, ma solo nell'ultimo secolo e mezzo gli scienziati hanno imparato abbastanza sulla struttura della materia per capire perché si verifica il fenomeno. Non sono gli dei o i santi che accendono il fuoco enigmatico, ma uno dei cinque stati della materia: il plasma.
I resoconti di luci blu che tremolano debolmente dagli impianti delle navi risalgono all'antichità, quando i Greci e i Romani interpretarono la vista come visite dai gemelli semidei Castore e Polluce. Considerati i salvatori di quelli in pericolo, l'apparizione dei gemelli sarebbe arrivata come un segno di speranza per i marinai che resistono a una tempesta.
Il fenomeno in seguito prese il nome moderno da Sant'Erasmo, o in breve Sant'Elmo, che visse nel terzo secolo. Sant'Elmo divenne famoso come il santo patrono dei marinai e delle sofferenze intestinali, dopo che sarebbe stato ucciso per sventramento. I marinai lo pregarono in momenti di angoscia e continuarono a interpretare il bagliore del fuoco di Sant'Elmo danzando e sibilando sulle punte delle loro barche come un presagio favorevole.
Cosa causa il fuoco di Sant'Elmo?
Una comprensione scientifica del fuoco di Sant'Elmo divenne possibile solo dopo che il chimico e fisico britannico William Crookes produsse quella che chiamò "materia radiante" attraverso il suo lavoro con tubi a vuoto nel 1879. La scoperta dell'elettrone avvenne due decenni dopo, rivelando che il mondo era fatto di più di atomi neutri. Scoprire che gli atomi contenevano particelle più piccole e cariche si è rivelato essenziale per capire perché la materia di Crookes brillava, lanciando l'intero nuovo campo della fisica del plasma.
Il plasma si verifica quando l'energia in eccesso rompe gli atomi in un gas neutro per creare un gas carico. Un modo per creare plasma è con il calore. Ad esempio, il riscaldamento del ghiaccio solido rompe i cristalli molecolari in acqua liquida e l'acqua liquida in ebollizione libera le molecole d'acqua per aumentare come vapore gassoso. Continua a scaricare energia nel vapore (riscaldandolo oltre 21.000 gradi Fahrenheit, o 12.000 gradi Celsius, per esempio), e gli atomi nelle molecole d'acqua vengono irruviditi, perdendo i loro elettroni e diventando ioni carichi. Questo punto rappresenta la transizione da un gas, una nuvola di particelle neutre, a un plasma, una nuvola contenente molte particelle cariche.
L'elettricità può strappare le molecole di gas e creare un plasma più facilmente della bomboletta di calore, che è la chiave del fuoco di Sant'Elmo. Durante una tempesta, l'attrito accumula elettroni extra in alcune parti delle nuvole, generando potenti campi elettrici che raggiungono il suolo. Un campo abbastanza forte può teoricamente abbattere l'aria in un plasma ovunque, ma in pratica, i punti acuti (come l'albero di una nave) tendono a concentrare il campo, spogliando gli elettroni dagli atomi per lasciare indietro gli ioni carichi in numeri particolarmente alti quasi netti posti.
Una volta che l'aria attorno a un albero si è parzialmente trasformata in plasma, il fuoco di Sant'Elmo brilla attraverso un processo chiamato scarica a corona. Mentre il campo elettrico fa oscillare gli elettroni intorno, essi colpiscono particelle neutre e agitano quelle particelle neutre in uno stato più energetico.
Immagina "un bullo che attraversa il cortile della scuola prendendo a calci tutti i bambini", ha detto Kristina Lynch, fisica del plasma al Dartmouth College nel New Hampshire. "Si eccitano tutti e poi devono rilassarsi." Per raffreddarsi, le particelle eccitate emettono un fotone di luce con una particolare energia e colore. Per azoto e ossigeno, che dominano nell'atmosfera terrestre, questa esplosione di luce brucia rispettivamente il blu e il viola.
Il fuoco di Sant'Elmo non è un fulmine
Mentre il fuoco di Sant'Elmo tende a verificarsi in condizioni di tempesta, è un fenomeno distinto dal fulmine. Il bagliore di un fulmine contiene blu e viola per lo stesso motivo, ma brilla anche bianco - una miscela di molti colori - mentre riscalda l'aria che lo circonda.
Le luci colorate dell'aurora ottengono il loro splendore anche da particelle rilassanti, sebbene gli elettroni che eccitano queste particelle alla fine ottengano la loro energia dal vento solare, piuttosto che dalle nuvole cariche elettricamente. Molti confondono anche il fuoco di Sant'Elmo con il fulmine a sfera, un altro fenomeno a incandescenza noto da millenni. Mentre quelle sfere di luce sospese rimangono poco comprese, i due eventi sono stati riportati insieme, come nel racconto di questo alpinista del 1977, riportato nel Journal of Scientific Exploration:
"Proprio sotto di me, c'era un edificio fatiscente. Vedevo ancora lingue di fiamma azzurra su ogni punto della struttura d'acciaio che sporgeva dalle rovine. La fiamma era di varie dimensioni. Più alto era il punto, più grande era un lingua di fiamma. Ancora più in basso, ad un'altezza tra i 4.000 e i 4.100 m, un lampo lampeggiava. Sfere arancioni delle dimensioni di un pallone da calcio volavano dal vento sullo sfondo di nuvole nere. "
Il fuoco di Sant'Elmo è pericoloso?
Fortunatamente per escursionisti e marinai, il fuoco di Sant'Elmo non brucia e non presenta alcun pericolo immediato al di là del tempo potenzialmente tempestoso stesso.
Gli ingegneri, tuttavia, devono tenere conto delle scariche di corona durante la progettazione di apparecchiature elettriche, in particolare le linee elettriche, poiché casi indesiderati di incendio di Sant'Elmo possono sottrarre elettricità preziosa. Per ridurre al minimo tale effetto, molte linee elettriche a lunga distanza presentano "anelli corona" a forma di cerchio attorno ad aree appuntite come le punte di torri e pali. Questi anelli impediscono al campo elettrico di concentrarsi abbastanza per produrre molto plasma.
In altri casi, gli ingegneri hanno trovato il modo di utilizzare la scarica a corona a proprio vantaggio. Il processo è coinvolto nella produzione di ozono, un disinfettante industriale. Lo scarico della corona ha anche un ruolo nella creazione delle superfici cariche necessarie all'interno di una fotocopiatrice.
Mentre i ricercatori hanno demistificato il fenomeno e messo in atto con la tecnologia moderna, il bagliore innocuo ma accattivante del fuoco di Sant'Elmo ha ancora il potere di stupire gli astanti, proprio come per millenni.
