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Como se originan los rayos en las tormentas
( Creces, Junio 2005 )
En la atmósfera constantemente se están produciendo descargas eléctricas
que se dibujan en el cielo como relámpagos. El proceso se iniciaría en el
espacio externo, por el constante choque de los rayos cósmicos sobre la
atmósfera terrestre.
Constantemente, en la atmósfera terrestre se están produciendo descargas por
tormentas eléctricas. Ellas se exteriorizan en los truenos y relámpagos. Su naturaleza y
su origen, siempre han interesado a los investigadores, que hasta ahora no habían
encontrado una explicación clara de su génesis. La carga eléctrica que se asocia a ellos,
fue confirmada por primera vez por Benjamín Franklin en el año 1752, mediante un
volantín que encumbró hasta una nube durante un día de tormenta. Pero hasta hace
muy poco tiempo, poco más se había podido conocer acerca de cómo se generaba el
proceso. Ahora el misterio parece haberse resuelto. Se ha detectado junto con los
relámpagos, una emisión de rayos X, lo que parece confirmar la hipótesis que el
fenómeno no sólo depende de la atmósfera terrestre, sino que se inicia desde el
espacio.
El relámpago es la resultante de la liberación de una carga eléctrica acumulada. En un
nubarrón, el campo eléctrico se genera por la coalición entre las partículas de hielo
existentes en la nube. La masa de la carga generada es negativa, lo que a su vez
induce abajo en la tierra, a miles de metros, una carga opuesta positiva.
Eventualmente el aire se ioniza y conduce la carga negativa, ya sea de nube a nube, o
de la nube a la tierra. En tal caso, el contacto con la carga positiva libera la carga
eléctrica, lo que se exterioriza en un rayo.
Pero hay algo que no calza en esta explicación. Para movilizarse la carga eléctrica hacia
la superficie de la tierra, se necesita que en esta zona el aire se ionice. Pero el aire sólo
se puede ionizar espontáneamente, si existe un campo eléctrico de 2500 kilovoltios por
metro. El problema está en que se han hecho cientos de determinaciones en los
nubarrones, ya sea con volantines, globos u aparatos espaciales, pero nunca se ha
podido detectar un campo eléctrico lo suficientemente grande como para que llegue a
ionizar el aire. Las determinaciones entregan valores que pueden oscilar entre 100 a
400 kilovoltios por metro, lo que está muy por debajo lo que se necesita para ionizar el
aire.
El origen estaría en los rayos cósmicos
Hace unos pocos años, los investigadores de rayos comenzaron a pensar que la
iotización podía producirse en un momento, poco antes de la descarga. Para explicarse
el fenómeno, identificaron a un sospechoso: "los rayos cósmicos". Estas son partículas
altamente energéticas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Después de
viajar desde distancias intergalácticas, chocan constantemente contra la atmósfera
terrestre. Cada día miles de rayos cósmicos, por metro cuadrado, están bombardeando
la atmósfera de la Tierra. Fue Alex Gurevich del Instituto Físico Lebedev en Moscú,
quien propuso en el año 1992 una hipótesis para explicar cómo los rayos cósmicos
podían estar gatillando la producción de relámpagos. Según él, cuando un rayo cósmico
golpeaba la atmósfera de la Tierra, podía impactar en una molécula de aire,
ionizándolo, lo que produciría un electrón extremadamente energético. Al encontrarse
con un campo eléctrico de un nubarrón, el electrón podría acelerarse a una velocidad
cercana a la luz y golpear y acelerar otras moléculas de aire, produciendo una reacción
en cadena de más y más electrones acelerados. Como resultado, una avalancha de
electrones podría en definitiva llegar a ionizar el aire, permitiendo fluir la carga hacia la
tierra y producir el rayo al descargarse el campo eléctrico (fig. 1).
En un comienzo esto pareció una hipótesis fantasiosa, pero en ausencia de otra más
plausible, fue siendo más aceptada. Pero la hipótesis se ha reforzado al descubrir las
señales que muestran que en ciertas condiciones especiales, bastaría un pequeño
campo eléctrico, de alrededor de unos 300 kilovoltios por metro (carga muchas veces
detectada en un nubarrón), para que el proceso de iotización llegara a inducirse y
terminara desencadenando la descarga eléctrica y el rayo consecutivo.
Un electrón que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, emite radiaciones
energéticas como rayos X y rayos gama. Si la teoría de Gurevich fuera cierta, los rayos
X deberían detectarse junto con los relámpagos. Efectivamente, en el año 2001, Charlie
Moore y sus colaboradores del New México Institute of Mining and Technology en
Socorro, lograron por primera vez detectar de rayos X, justo cuando se producía el
rayo. Con un aire ionizado se puede desplazar la carga eléctrica negativa, acercándose
al suelo, cerrando el circuito al encontrarse con la carga positiva de la tierra, lo que
produciría el rayo.
Joe Dwyer del Florida Institute of Technology en Melbourne y Martín Uman, del
International Center for Lightning Research, también confirmaron la presencia de rayos
X, pero en una forma diferente. Indujeron la producción artificial de relámpagos,
enviando un cohete que chocaba a un nubarrón de tormenta. Fue en el año 2002,
cuando mediante un detector de rayos X, pudieron comprobar su existencia en
relámpagos provocados por los choques planificados por ellos mismos, fenómeno que
era similar a los que gatillan los rayos cósmicos.
Luego en el verano del 2003, Dwyer pudo detectar un estallido aun más energético que
los rayos X: "un estallido de rayos gama" proveniente de la nube cuando se produce el
relámpago. Los rayos gama generados en las nubes pueden estudiarse mejor que los
rayos X, ya que se detectan desde arriba de la nube, mediante el satélite RHESSi de la
NASA. Es así como el satélite RHESSi, puede detectar cada día más de 50 estallidos de
rayos gama que se generan en los nubarrones de tormentas, en el momento del
relámpago. Ello es una demostración más que en el proceso puede llegar a generar un
kilovoltaje suficiente como para que se ionice el aire, coincidiendo con la tesis de
Gurevich. Con este nuevo hallazgo, la teoría de los rayos cósmicos se hace más
plausible.
(Para más detalles ver trabajo de Anna Gosline, publicado en New Sientist, Mayo 7,
2005, pág. 30).
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl