En el mundo cada día se forman 8,6 millones de rayos, pero hasta ahora existían interrogantes sobre los mecanismos físicos involucrados en las descargas escalonadas de un rayo, un fenómeno que ha desconcertado a los científicos durante décadas
Investigadores de la Universidad del Sur de Australia lograron resolver un misterio que había tenido en vilo a la comunidad científica por más de 50 años, al lograr explicar las condiciones ambientales que provocan que los rayos zigzagueen en su trayecto del cielo al suelo.
El rayo es un fenómeno natural que tiene lugar durante una tormenta, en que una potente descarga electrostática de millones de voltios proveniente de las nubes impacta en la tierra. A pesar de que se registran alrededor de 8,6 millones de rayos al día en todo el mundo, hasta ahora aún existían interrogantes sobre los mecanismos físicos involucrados en las descargas escalonadas de un rayo, un fenómeno que ha desconcertado a los científicos durante décadas.
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“Hay algunos libros de texto sobre rayos, pero ninguno explica cómo se forman estos zigzags (llamados escalones), por qué la columna conductora de electricidad que conecta los escalones con la nube permanece oscura y cómo los rayos pueden viajar a lo largo de kilómetros”, comentó el académico John Lowke.
En un rayo se observan dos procesos principales, que son una descarga eléctrica, conocida como líder, y una descarga de retorno. Generalmente, una nube puede emitir entre cuatro y cinco líderes débiles, los cuales se aprecian como ramificaciones el cielo. En su trayecto hacia el suelo, estos líderes presentan un movimiento escalonado. Según los especialistas, el primero de estos líderes en llegar a la tierra inicia el rayo, mientras que los otros desaparecen.
Revelando las pistas del misterio
En una fotografía de alta velocidad capturada hace 50 años se mostró como los líderes avanzaban hacia abajo desde la nube en ‘escalones’ de unos 50 metros de largo. Los investigadores observaron que cada escalón se volvía más brillante cada millonésima de segundo, para finalizar con una oscuridad completa. Después de otras 50 millonésimas de segundo, se forma otro escalón, al final de uno anterior, pero los escalones anteriores permanecen oscuros.
Tras analizar la imagen, surgieron incógnitas sobre cómo era posible que estos escalones se conectaran eléctricamente sin un medio visible, y sobre qué pasaba durante los períodos de oscuridad entre los escalones. En la nueva investigación de la universidad australiana, publicada en la revista Journal of Physics, se explicó que esta situación se debía a las “moléculas de oxígeno metaestable singlete-delta”, que se crean a partir de la colisión entre los electrones energéticos, que son excitados por los campos eléctricos en las nubes, y las moléculas oxígeno.
La acumulación de las moléculas de oxígeno metaestable y los electrones produce un escalón corto y altamente conductor, que se ilumina intensamente en una millonésima de segundo. Después de 50 millonésimas de segundo, este escalón redistribuye el campo eléctrico en el aire, provocando otro escalón y así sucesivamente.
Posteriormente, las moléculas de oxígeno metaestables forman una columna hasta la nube. Cuando los electrones se unen con las moléculas de oxígeno neutro, seguido de la separación inmediata de los electrones por las moléculas metaestables, provocan que la columna sea eléctricamente conductora y, al no necesitar de un campo eléctrico, esta no emitirá luz, permaneciendo en oscuridad.
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