¿Qué ocurre justo antes de que caiga un rayo? Los científicos resolvieron el misterio
Los rayos, que pueden calentar la atmósfera a una temperatura cinco veces superior a la de la superficie del Sol, son el resultado de una potente reacción en cadena
Los científicos dicen haber resuelto por fin el misterio de lo que ocurre justo antes de que caiga un rayo.
El famoso inventor y padre fundador de EE. UU., Benjamín Franklin, descubrió la conexión entre el rayo y la electricidad en 1752; sin embargo, más de 270 años después, los expertos aún no habían comprendido del todo el trayecto desde la nube hasta el suelo.
“Nuestros hallazgos ofrecen la primera explicación cuantitativa y precisa de cómo se inician los rayos en la naturaleza”, afirma Victor Pasko, profesor de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Estatal de Pensilvania, en un comunicado en el que se anuncian los resultados. Añadió: “Logramos conectar los rayos X, los campos eléctricos y la física de las avalanchas de electrones”.
Entonces, ¿qué ocurre con los procesos atmosféricos que desencadenan las gigantescas y explosivas chispas de electricidad que pueden calentar el aire a una temperatura cinco veces superior a la de la superficie del Sol?
Según Pasko y su equipo, la potente reacción en cadena funciona de forma similar a una máquina de pinball invisible. En el interior de las nubes de tormenta, los fuertes campos eléctricos aceleran los electrones que chocan contra las moléculas, como el nitrógeno y el oxígeno. Las reacciones producen la radiación electromagnética comúnmente conocida como rayos X, así como aún más electrones y fotones de alta energía. Los fotones son las partículas fundamentales que componen la luz. De este proceso nacen los rayos.
Los científicos atmosféricos sabían cómo reaccionan las partículas cargadas dentro de las nubes. Los protones ascienden y los electrones descienden hacia el suelo, lo que provoca una acumulación de carga eléctrica positiva en el suelo. Cuando esa carga positiva “alcanza” a la carga negativa que se aproxima y los canales se conectan, la transferencia eléctrica es lo que vemos como un rayo, según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU.
Para llegar a estas nuevas conclusiones, los autores, provenientes de distintos países, utilizaron modelos matemáticos, simulando las condiciones físicas en las que es probable que se origine un rayo.
“Explicamos cómo se producen los fenómenos fotoeléctricos, qué condiciones deben darse en las nubes de tormenta para que se inicie la cascada de electrones y cuál es la causa de la gran variedad de señales de radio que observamos en las nubes antes de que caiga un rayo”, explica Zaid Pervez, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica.
“Para confirmar nuestra explicación sobre la iniciación de los rayos, comparé nuestros resultados con modelos anteriores, estudios de observación y mi propio trabajo sobre un tipo de rayos denominados descargas compactas entre nubes, que suelen producirse en regiones pequeñas y localizadas en las nubes de tormenta”, agrega.
También intentaron explicar el fenómeno conocido como “rayo oscuro” o destello terrestre de rayos gamma.
Las ráfagas invisibles de rayos X están formadas por los destellos que se producen en nuestra atmósfera. Suelen producirse sin destellos de luz ni ráfagas de radio, características habituales de los relámpagos durante las tormentas. Los investigadores querían saber por qué.
“En nuestro modelo, los rayos X de alta energía producidos por las avalanchas de electrones relativistas generan nuevos electrones semilla impulsados por el efecto fotoeléctrico en el aire, amplificando rápidamente estas avalanchas”, explicó Pasko.
“Además de producirse en volúmenes muy compactos, esta reacción en cadena desbocada puede producirse con una fuerza muy variable, dando lugar a menudo a niveles detectables de rayos X, al tiempo que va acompañada de emisiones ópticas y de radio muy débiles. Esto explica por qué estos destellos de rayos gamma pueden surgir de regiones fuente que parecen ópticamente tenues y radiosilenciosas”, continuó.
El estudio se publicó en la revista científica Journal of Geophysical Research.
Traducción de Sara Pignatiello