Los rayos se han estudiado durante siglos, pero todavía hay muchos aspectos poco claros en su naturaleza. ¿Cómo se origina una descarga en una nube, qué es un rayo de bola, por qué se emiten gamma quanta durante una tormenta? Estas preguntas aún no se han respondido. RIA Novosti habla de las investigaciones más actuales en el campo de la electricidad atmosférica.
"El rayo es una descarga eléctrica que se mueve en la atmósfera a lo largo de un delgado canal de plasma caliente, el líder, de nube a tierra, entre nubes o se eleva desde edificios altos", dice Alexander Kostinsky, PhD en Física y Matemáticas, Director Adjunto de MIEM llamado así por RIA Novosti. … A. N. Tikhonova, participante del proyecto internacional "Rayos y sus manifestaciones", apoyado por el Ministerio de Educación y Ciencia y la Fundación de Ciencia de Rusia.
Se necesita una nube para que ocurra un rayo. Al elevarse, se expande, se enfría, en él se forman pequeñas gotas de agua, copos de nieve, granizo y muchas otras partículas de diferentes tamaños, que se denominan hidrometeoros. De hecho, dentro de la nube se forma un aerosol, sus partículas se frotan entre sí y adquieren cargas de distintos signos.
Después de la condensación de la humedad, la nube se calienta un poco y se eleva más, atrayendo el aire circundante. Es por eso que las tormentas eléctricas van acompañadas de vientos crecientes. Dentro de la nube, se agregan capas de partículas cargadas positiva y negativamente, cae lluvia, comienzan las descargas intranube, algunas de ellas llegan al suelo.
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El sprite aparece en la atmósfera superior después de una fuerte descarga de rayo en el suelo.
El canal del rayo conduce una fuerte corriente eléctrica gracias al plasma, un gas altamente ionizado. Las fotos de la cámara de alta velocidad muestran al líder del rayo ramificándose a medida que se mueve. A medida que se acerca al suelo, desde puntos altos (rascacielos, torres de televisión), los líderes en ascenso corren hacia él. Una poderosa corriente fluye a través del canal conectado a una velocidad solo varias veces menor que la velocidad de la luz. Es este destello lo que vemos cuando cae un rayo.
“Observamos un rayo cuando es grande, enérgico, prende fuego, mata animales, desactiva el equipo. Pero el momento de su origen en la nube sigue siendo uno de los principales misterios científicos desde hace cien años”, prosigue el científico.
Hay muchas hipótesis al respecto, que son muy complejas y no explican todos los fenómenos observados. Medido: para atravesar solo un centímetro de aire, se requiere un voltaje de treinta mil voltios. Esto significa que debe haber campos eléctricos muy fuertes en la nube, pero las mediciones dan valores varias veces más bajos.
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“Cada segundo, alrededor de cien rayos caen sobre el suelo y nadie sabe cómo se originan. Además, las mediciones físicas muestran que no deberían formarse en las nubes”, señala Kostinsky.
Fotografía secuencial de rayos.
Iluminación del salón
Un rompecabezas separado es un rayo de bola. Se conocen miles de evidencias al respecto de diferentes épocas históricas, los científicos incluso obtuvieron experimentalmente “formaciones de plasma esférico” en el laboratorio, pero no es posible demostrar que este sea el fenómeno natural en estudio. La pregunta principal (además de la nucleación) es por qué existe un coágulo de plasma cargado en la atmósfera durante tanto tiempo: segundos y minutos. En teoría, sin alimentación externa, debería enfriarse en milésimas de segundo, perdiendo conductividad.
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Algunos investigadores asumieron que el rayo en forma de bola era un efecto óptico, pero hace varios años, los científicos chinos filmaron el brillo de una bola durante los rayos, que duró casi un segundo, en una cámara de alta velocidad con un espectrómetro óptico. Esto aclaró poco sobre la naturaleza del fenómeno, pero confirmó su realidad.
Más misterios
En 1989, gracias a los satélites, se descubrió un tipo completamente nuevo de electricidad atmosférica: los sprites. Surgen a una altitud de 70-85 kilómetros en el campo eléctrico, que se forma después de un fuerte impacto de rayo en el suelo, cuando se descarga la parte inferior de la nube. Desde el espacio, vimos chorros azules y chorros gigantes, descargas eléctricas de gran longitud. Se originan en la cima de las nubes de tormenta y alcanzan una altura de 90 kilómetros.
Jet - descarga que va desde la nube hasta una altura de hasta 90 kilómetros. Observatorio de Mauna Kea, Hawaii.
En 1991, los satélites estadounidenses registraron ráfagas de rayos gamma, es decir, rayos X duros, durante las tormentas. Estos datos se clasificaron de inmediato, decidiendo que se estaban realizando pruebas nucleares terrestres en algún lugar. Tres años más tarde, tras asegurarse de que la fuente de radiación fueran tormentas eléctricas, se publicaron los resultados de las observaciones.
“Tales cuantos de energía rara vez llegan a la Tierra, incluso de las erupciones solares. Resulta que la nube actúa como un acelerador de partículas elementales, a saber, electrones y, quizás, positrones. Esta área se llama física atmosférica de altas energías”, dice Alexander Kostinsky.
En la década de 2000, resultó que dentro de la nube a una altitud de unos diez kilómetros, se forman fuentes de emisión de radio que son mucho más poderosas que las que acompañan a los rayos. Duran solo unos pocos microsegundos. Se denominaron descargas intranube compactas. Todavía no existe una teoría generalmente aceptada sobre su apariencia.
El interés por las descargas eléctricas en la atmósfera de otros planetas del sistema solar aún no ha disminuido. Se obtuvieron imágenes de tormentas eléctricas en Júpiter y Saturno, las observaciones en el rango de radio mostraron descargas en Urano y Neptuno. La cuestión con Venus sigue abierta. Pero no hay tormenta en Marte y Titán.
Según Kostinsky, la ciencia del rayo está experimentando un verdadero boom. Después de todo, las tormentas eléctricas y los rayos son fenómenos naturales muy peligrosos y destructivos. Además, los científicos se enfrentan a tareas prácticas: proteger a las personas y los animales de las descargas atmosféricas, estructuras, molinos de viento y aviones.
Descargas de rayos en la atmósfera en el lado nocturno de Júpiter. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
