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24 de Abril de 2019
Tormentas eléctricas

«Agujas» en los rayos

Con la red de radiotelescopios LOFAR se han descubierto en los rayos unas estructuras desconocidas hasta ahora. Explican unas emisiones de radio asociadas a los rayos que hasta ahora resultaban desconcertantes.

Muchos aspectos de la generación de los rayos en las tormentas eléctricas siguen siendo mal conocidos. Uno nuevo acaba de ser descubierto por la red de radiotelescopios LOFAR [Gobierno de Alberta].

Un fenómeno hasta ahora desconocido resuelve un problema de la física de los rayos de las tormentas eléctricas, hace tiempo pendiente, y plantea al mismo tiempo nuevas preguntas. Como explica un equipo internacional, encabezado por Brian M. Hare, de la Universidad de Gröningen, desde los rayos se proyectan una «agujas» de plasma, de hasta cien metros de largo y cinco de grosor, que generan unas ondas de radio a las que ya se había podido medir, pero a las que no se les había encontrado ninguna explicación física.

Las recién descubiertas agujas parten de las guías, o rutas de paso, positivas. Las guías son unos canales de plasma bidireccionales dentro de la nube: en una dirección, hacia zonas de carga negativa en la nube, se dirigen iones positivos, mientras que por la otra punta del canal, desde un mismo punto de partida, se propagan portadores negativos de carga hacia zonas positivas. 

Ya se sabía que las guías negativas lo hacen paso a paso y crean pulsos de ondas de radio de alta frecuencia. La simultánea contrapartida de carga positiva se mueve más despacio a causa de que los iones son más pesados, y lo hace más continuamente, con lo que no debería generar apenas ondas de radio de altas frecuencia. Y sin embargo, lo hace (aunque su patrón es diferente).

Por medio de la red de radiotelescopios LOFAR, Hare y sus colaboradores han creado ahora con sumo detalle unos mapas tridimensionales de las radioemisiones de rayos individuales. Como exponen en Nature, han descubierto de esta forma esas estructuras hasta ahora desconocidas que se proyectan desde las guías positivas, perpendicularmente, hasta distancias de cien metros.

Se ha inferido que las guías positivas se disocian a menudo de las negativas (no suele ser en la parte negativa del canal donde se producen esas desconexiones). Las «agujas» se crearían, en efecto, porque la guía positiva misma se divide brevemente en una parte negativamente cargada y en otra positivamente cargada. Los electrones libres de las zonas negativas abrirían entonces sus propios canales a través del aire circundante.

La causa de la desconexión del canal es el rayo mismo o, dicho más precisamente, su súbita interrupción. La resistencia no es constante a lo largo del camino de la descarga: cuanto más débil sea la corriente, mayor será la resistencia. Este efecto conduce en el final de la descarga del rayo a un círculo retroalimentado de una corriente cada vez más débil y una resistencia cada vez mayor, más intensa para los portadores de carga positivos, más pesados. Como consecuencia, el flujo de la corriente colapsa cerca del punto de arranque de la guía positiva.

Los portadores de carga positiva se reúnen en la punta del canal; más atrás, cerca del punto del colapso, aumenta, en cambio, la concentración de cargas negativas. La zona que rodea a la ruta principal sigue siendo neutra, ya que el campo electromagnético de la descarga del rayo se ha llevado todas las cargas negativas del entorno inmediato, de modo que los electrones libres crean a su vez pequeñas guías negativas, las «agujas», que emiten la radiación que hasta ahora tan misteriosa era.

Lars Fischer / Spektrum.de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Needle-like structures discovered on positively charged lightning branches», de B. M. Hare et al. en Nature, volumen 568, págs. 360–363 (2019). 

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