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Encuentran pistas sobre el misterio de lo que causa un rayo

Increíble tormenta del relámpagos golpea 8 veces

La chispa se mueve hacia abajo desde una región positiva a una negativa, al contrario de lo que se pensaba

Es bien sabido que el rayo es una corriente eléctrica, una rápida y potente ráfaga de carga que fluye dentro de una nube o entre una nube y la tierra. Pero, sorprendentemente, los científicos aún no entienden completamente cómo se forma la chispa inicial que genera ese enorme rayo.

En un nuevo artículo publicado en Nature Communications, los investigadores del Laboratorio de Langmuir en el Instituto Nuevo México de Minería y Tecnología cerca de Socorro, Nuevo México, han informado de observaciones de un tipo raro pero extremadamente poderoso relámpago chispa o descarga, denominado evento bipolar estrecho (narrow bipolar events).

Fotografía de una descarga de rayo 'perno-azul' durante una tormenta de la noche sobre el centro de Nuevo México Fotografía de una descarga de rayo 'perno-azul' durante una tormenta de la noche sobre el centro de Nuevo México

Los científicos descubrieron que este tipo de rayo de gran potencia es causado por un tipo recién reconocido de descarga llamada rápida descomposición positiva, y los datos sugieren que esta misma descarga inicia la mayor parte o incluso la totalidad de los relámpagos vistos normalmente en las tormentas. Estas chispas viajan a velocidades que son rápidas, incluso para un rayo, a alrededor de 10 a 100 millones de metros por segundo de radiación y producen una muy potente radiofrecuencia (RF) de hasta unos pocos megavatios, una de las fuentes naturales más fuertes de radiación de radiofrecuencia en la Tierra.

Este descubrimiento es sorprendente, ya que las simulaciones anteriores han demostrado que la degradación del rayo parece ser negativa, es decir, la chispa se mueve hacia arriba en la nube de una región negativa a una positiva. En la descarga positiva, la chispa se mueve hacia abajo desde una región positiva a una negativa.

"Es imposible simular las condiciones de tormenta en un laboratorio convencional", dijo el coautor William Rison del Instituto Nuevo México de Minería y Tecnología. "Las chispas en las tormentas tienen de cientos de metros a kilómetros de longitud, una escala que es varios órdenes de magnitud mayor que cualquier entorno de laboratorio. Los teóricos han tratado de simular estas condiciones en experimentos de ordenador, y los resultados más plausibles han sugerido que las chispas son iniciadas por avalanchas de electrones relativistas, que es un tipo de descarga negativa. Nuestros resultados muestran claramente que la iniciación es una descarga positiva, no una descarga negativa".

Los resultados podrían ayudar a los científicos a entender mejor cómo una nube puede generar una corriente que es lo suficientemente potente como para causar un rayo. Actualmente, los mayores campos eléctricos que se han medido en el interior de tormentas eléctricas son varias veces más débiles que lo que se necesita para descomponer el aire nublado y poner en marcha un rayo.

descarga electrícas entre las nubes

En general, el rayo se produce cuando las cargas eléctricas positivas y negativas en una nube se separan en diferentes partes de la nube. La carga de separación prepara el escenario para formar un rayo ya sea entre las partes negativas y positivas de la nube (rayos intra-nube), o hacia abajo en el suelo (rayo nube-tierra), donde a menudo golpea un árbol, poste de teléfono u otro objeto alto.

Durante las últimas décadas los investigadores han adquirido una mejor comprensión de cómo se separan las cargas en los nubarrones. Datos y simulaciones muestran que la separación de cargas se produce cuando pequeñas partículas de granizo, llamadas "graupel", y cristales de hielo chocan unos con otros en una nube. Las cargas se separan cuando las partículas más pesadas caen en granizo blando, mientras que los cristales de hielo más ligeros son llevados hacia arriba por las turbulentas corrientes de aire en la nube de tormenta. Este proceso es algo así como la forma de frotar los pies en la alfombra y separar las cargas del cuerpo, provocando que se produzca electricidad estática al tocar un pomo metálico.

Desde la década de 1990 una de las principales propuestas de formación del rayo es que la chispa inicial proviene de electrones relativistas que provienen de alguno de los rayos cósmicos de alta energía o un proceso denominado avalancha de electrones relativistas fuera de control. Sin embargo, los nuevos resultados ponen en duda esta idea.

"Si la lluvia de electrones relativistas fueran los sucesos iniciadores de relámpagos, entonces el movimiento de la corriente sería inicialmente ascendente para los flashes intra-nubes entre las cargas positivas y negativas superiores de nivel medio", explicó Rison. "Usando un interferómetro de banda ancha desarrollado recientemente para observar la propagación de la descarga eléctrica en el rayo, se encontró que la dirección de propagación de eventos bipolares estrechos es hacia abajo en lugar de hacia arriba, mostrando que son causados por el desarrollo-bajo positivo en lugar de una descarga de desarrollo-negativa hacia arriba".

Tanto la descarga negativa como la positiva pueden mover cargas, que pueden intensificar los campos en ambos extremos de la nube. Pero aquí los datos muestran que todos los flashes en los que el interferómetro pudo determinar el movimiento, exhibieron una primera descarga que fue rápida y positiva.

El siguiente paso es investigar qué tan rápido se desarrolla físicamente la descarga positiva. Rápidos relámpagos positivos se han observado en sprites, un tipo de corriente eléctrica que se produce en la atmósfera superior, donde la presión es varios órdenes de magnitud más baja que en las nubes de tormenta. La descarga observada aquí se mueve a la misma velocidad de propagación rápida pero a altitudes más bajas y presiones más altas.

"Los teóricos están tratando de determinar qué tan rápido trabaja la descarga positiva en las presiones más altas dentro de la tormenta", dijo Rison.

Diario de referencia: Observations of narrow bipolar events reveal how lightning is initiated in thunderstorms

Modificado por última vez enMartes, 01 Marzo 2016 20:56