Recordemos, Benjamin Franklin fue
uno de los primeros en investigar como se originan los rayos. Definitivamente
él estaba en lo cierto al concluir que el rayo es una descarga eléctrica
natural (eran los primeros días del aprovechamiento de la electricidad), pero
no está claro si su famoso experimento del cometa y la llave de 1752, no fue
mas más allá de una mera idea.
Lo curioso es que no se ha hecho
mas desde aquel experimento de Franklin. Todavía no se está de acuerdo, por
ejemplo, como una nube de tormenta genera electricidad. De alguna manera los
movimientos del aire, gotitas de nubes y precipitación (inclusive el hielo
generado a esa altitud) conspiran para separar la carga positiva de la carga
negativa en la escala de moléculas individuales. Parece que las partículas de hielo
adquirieren carga eléctrica al colisionar, más bien como frotamiento puede
inducir la electricidad estática, y que las partículas de hielo de alguna
manera más pequeñas tienden a ser cargadas positivamente, mientras que las más
grandes se cargan negativamente. Mientras que las partículas pequeñas son
llevadas hacia arriba por corrientes de convección, los más grandes se hunden
en virtud de la gravedad, y así sus cargas opuestas se separan, creando un
campo eléctrico.
Las descargas de relámpagos son
básicamente un gigantesco salto de chispa entre el "hilo conductor" y
la "tierra" de un circuito eléctrico, en el que la primera es la nube
cargada y el último es, literalmente, la tierra.
Si bien muchos detalles de este
proceso no están del todo claros, uno de los más grandes misterios es cómo se origina
la chispa. Puesto que los campos eléctricos medidos en nubarrones no parecen
casi lo suficientemente grandes para inducir una descarga de rayo
espontáneamente, se necesita algo para que se genere. Una idea que se esta
actualmente discutiendo, es que se activen por la transmisión de rayos cósmicos
a la atmósfera desde el espacio.
El generador viene de fuera del planeta:
Los rayos cósmicos
Los rayos cósmicos - en su
mayoría protones y electrones - impregnan el universo, que se producen en los
procesos astrofísicos increíblemente energéticos como supernovas, y estás
constantemente llueven sobre la Tierra. Si un rayo cósmico choca con una molécula
de aire, se puede echar un chorro de partículas fundamentales y fragmentar su núcleo.
Aquellos a su vez interactúan con otras moléculas, radiaciones ionizantes, y
generando una ducha de electrones.
En 1997, el científico ruso
Alexander Gurevich y sus compañeros de trabajo en Moscú sugirieron una forma en
la que los rayos cósmicos podrían ser las semillas de rayos. En el campo
eléctrico de una nube de tormenta, estos electrones son acelerados, tanto como
las partículas están en un acelerador de partículas, creando colisiones aún más
enérgicos en un proceso de "embalamiento" que se basa en un rayo.
Este proceso se espera que produzca los rayos X y los rayos gamma también, y
desde las explosiones de estos rayos han sido detectado por los satélites
durante las tormentas eléctricas, con lo cual Gurevich y su idea de que los rayos
cósmicos inducen los relámpagos parecía plausible.
Si la teoría de los rayos
cósmicos es correcta, la avalancha de electrones también deben generar ondas de
radio, las cuales serían detectables desde el suelo. Hace tres años, Joseph
Dwyer, del Instituto de Tecnología de Florida comenzó a tratar de detectar
estas señales de radio de tormentas, así como el uso de matrices de detectores
de partículas para buscar las lluvias de partículas predichas a partir de colisiones
de rayos cósmicos. Estos y otros estudios de Dwyer y otros grupos se siguen
realizando (literalmente) en el Centro Internacional de Investigación y Ensayo
Lightning en la base del Ejército de EE.UU. de Camp Blanding en Florida.
Encontrar
las avalanchas de electrones
Los investigadores se han
preguntado si el flujo de alta energía de rayos cósmicos, con su acompañante
fugitivo, las avalanchas de electrones, son suficientes para aumentar la
conductividad del aire y causar un impacto de rayo.
Para ello, los investigadores han
trabajado a través de las ecuaciones que describen la probabilidad de
colisiones de rayos cósmicos, la tasa de producción de electrones y los campos
eléctricos esta induce. Las ecuaciones son demasiado complejas para ser
resueltos por la mano, pero un ordenador puede procesarlos, y los resultados no
se ven bien para la hipótesis de Gurevich: las fugitivas avalanchas de
electrones producidos por las lluvias de rayos cósmicos no parecen capaces de
producir fallo eléctrico en el aire y general la descarga del rayo.
Sin embargo, aún no se puede
decir que todo está perdido. Así como las cascadas de partículas causadas por
colisiones de alta energía de los rayos cósmicos, la atmósfera también puede
ser electrificada por los efectos de los rayos cósmicos de menor energía, que
son más abundantes. Cuando éstos chocan con moléculas de aire, el resultado es
nada tan catastrófico: simplemente ionizar las moléculas. Pero una gradual
acumulación de tales partículas ionizadas dentro de una nube de tormenta
podría, de acuerdo con estos cálculos, eventualmente producen un fuerte campo
eléctrico suficiente para permitir una descarga de rayo.
Esta última posibilidad aún no se
ha investigado en detalle. Pero Dwyer y sus colegas creen que deja una vía
sigue abierta para los rayos cósmicos sean los motivadores que originan los
rayos.
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