Frances è il nome con cui è stato battezzato l'uragano che nella prima settimana di settembre del 2004 ha interessato il Mar dei Caraibi, il Golfo del Messico e vaste regioni degli Stati Uniti del Sud.
Mentre i venti portano un nome che, nonostante le maiuscole e le personificazioni mitologiche, è sostanzialmente solo un nome comune (o di "specie"), gli uragani tropicali sono eventi atmosferici che raggiungono la dignità del nome proprio. Quella di dare un nome a questi fenomeni è una pratica che risale solo alla metà del secolo scorso, ma che è stata ormai universalmente accettata. Il nome aiuta infatti a seguire questi eventi che godono di singolari proprietà fluidodinamiche, tali da costituire un sistema coerente, con una specie di nascita, vita, morte e prodezze.
Originatosi il 24 agosto 2004 nell'Oceano Atlantico come depressione tropicale proveniente dalla costa africana, Frances ha raggiunto il Mar dei Caraibi, dove ha toccato le isole di Portorico, Santo Domingo (Hispaniola) e le Isole Vergini, abbattendosi sulle Bahamas il 2 settembre. Ha poi attraversato la Florida (5 settembre), addentrandosi in Georgia e rallentando la sua corsa nelle regioni degli Appalachi, dove ha dato luogo a diverse trombe d'aria, disperdendosi definitivamente il 10 settembre. Lungo tutto il suo percorso ha portato con sé pesanti piogge, che hanno causato inondazioni, con decine di vittime (tra dirette e indirette) e danni per molti miliardi di dollari.
Le immagini mostrano la struttura interna dell'uragano, costituita da vaste bande di precipitazioni sovrastate da imponenti torri di pioggia, come vengono chiamate le dense nuvole cariche di condensa la cui sommità raggiunge gli
strati più alti della troposfera arrivando fino a 20000 m di quota. Studi statistici e fluidodinamici hanno dimostrato una stretta correlazione tra le dimensioni di queste torri e lo sviluppo della depressione tropicale in tempesta e uragano, come vengono chiamati i cicloni tropicali in Atlantico.
I cicloni tropicali sono veri e propri motori termici naturali, alimentati dalle differenze di temperatura e pressione che si determinano sia in senso verticale che orizzontale. Verticalmente, il riscaldamento della superficie del mare produce un brusco gradiente termico che, producendo forti correnti ascensionali, porta rapidamente verso l'alto l'aria calda quasi satura di vapore acqueo. Grazie alle forti correnti ascensionali, le gocce di condensa non cadono appena raggiunta la dimensione critica ma vengono trasportate sempre più in alto, dove si accrescono per coalescenza. La rotazione della Terra induce un moto rotatorio nelle masse d'aria della depressione, che si trasforma così in ciclone, struttura a spirale che ruota attorno a una regione centrale a bassissima pressione e calma di vento (detta occhio del ciclone) circondata da alte mura di nuvole trasportate verso l'alto da violente correnti ascensionali. Complessivamente, si assiste alla formazione di una imponente cella convettiva con geometria toroidale, che si rinforza attraverso molteplici meccanismi di feedback positivo, collegati tra l'altro alle "calde torri di pioggia", in cui l'energia sottratta dall'evaporazione viene restituita negli strati superiori dell'atmosfera per la condensazione del vapore in gocce liquide o in cristalli di ghiaccio.
I colori delle bande visualizzate nelle immagini sono associati alla quantità delle precipitazioni, in pollici all'ora (blu per 0,25 pollici, verde per 0,5, giallo per 1 pollice e rosso per 2 pollici) nelle diverse regioni attorno all'occhio del ciclone e in tre diverse fasi della storia dell'uragano.
Le immagini visualizzano dati rilevati dal satellite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission). Lanciato in orbita nel 1998 a soli 350 km di quota, questo satellite, realizzato grazie a una collaborazione tra NASA e JAXA (l'agenzia spaziale giapponese), ha lo scopo di controllare le precipitazioni e le manifestazioni temporalesche nelle regioni tropicali. I dati da cui sono state ottenute le immagini della struttura interna dell'uragano Frances sono stati rilevati con tre dei cinque principali strumenti montati a bordo dell’osservatorio spaziale: PR (Precipitaion Radar), TMI (TRMM Microwave Imager) e VIRS (Visibe and InfraRed Scanner).
PR è un radar meteorologico particolarmente potente e sofisticato. Il radar (RAdio Detection And Ranging: "rilevamento e localizzazione
per mezzo di onde radio") è uno strumento in grado di inviare un fascio di onde radio su una certa porzione dello spazio
circostante e di ricevere il segnale riflesso, in modo da scansionare l'intera area. Il fascio emesso è intermittente e l'antenna, nelle
frazioni di secondo in cui non trasmette, registra le onde riflesse
dagli eventuali oggetti incontrati. Misurando la quantità di energia riflessa dalle nubi, il
radar può stimare
il numero di gocce in caduta e le loro dimensioni, dal quale ricava la
stima della quantità di pioggia. La quantità di energia riflessa
dipende infatti fortemente (con la sesta potenza) dal diametro delle
goccioline d'acqua e, in misura minore, dal loro numero. Ad ogni modo,
la stima viene riportata in millimetri (pollici) di acqua caduta e i dati possano
così essere confrontati con quelli dei pluviometri. Utilizzando una lunghezza d'onda tre volte più breve di quella utilizzata dai normali radar meteorologici terrestri, PR può raccogliere informazioni sulla struttura tridimensionale delle nuvole su 20 km di altezza, una fascia larga 250 km con una risoluzione con una sensibilità che arriva a rilevare precipitazioni fini dell 'ordine del mezzo millimetro all'ora.
Gli altri due strumenti utilizzati per raccogliere i dati visualizzati nelle immagini non inviano alcun segnale, ma si limitano a rilevare la radiazione emessa dalla superficie del mare, del terreno e delle nuvole (telerilevamento passivo).
TMI raccoglie e rielabora la radiazione sulla frequenza delle microonde. L'emissione su questa frequenza dell'acqua varia notevolmente a seconda che si tratti di specchi d'acqua o di gocce ancora sospese in aria. Alla stessa temperatura, le gocce appaiono inmfatti molto più calde dell'acqua del mare o dei laghi e anche, seppure in minore misura, della terra asciutta. Lo strumento risulta quindi particolarmente utile per il telerilevamento delle precipitazioni.
Infine VIRS rileva la radiazione che proviene dalla superficie terrestre su 5 diverse lunghezze d'onda, dal visibile all'infrarosso termico (da 0,63 µm a 12 µm). L'emissione sulle diverse frequenze è un indice delle diverse temperature della superficie delle nubi e le diverse temperature sono a loro volta un indice delle quote.
Per arrivare alla visualizzazione presentata nelle immagini, sono state quindi operate numerose elaborazioni dei dati, collazionando e interpolando informazioni di diversa natura e precisione.
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.