Los Rayos Siguen Siendo En Gran Parte Un Misterio

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A pesar de los 250 años de investigación científica, los rayos aún confunden la comprensión de los científicos de la física básica.

Alrededor de 44,000 tormentas eléctricas azotan cada día en todo el mundo, enviando hasta 100 relámpagos al suelo cada segundo. Estos dramáticos y ensordecedores destellos de electricidad recargan la batería global al mantener la tierra al ras con una carga eléctrica negativa y la carga positiva de la ionosfera. Un relámpago convierte a la Tierra en un circuito eléctrico, e incluso puede haber emitido la chispa que comenzó la vida en la sopa primordial.

Pero por lo que sabemos, los rayos también pueden provenir de Zeus. Al considerar el experimento de la cometa y la llave de Ben Franklin como el punto de partida, 250 años de investigación científica aún tienen que entender cómo funcionan los rayos.

Los científicos de la atmósfera tienen un esquema básico del proceso. Las cargas eléctricas positivas se acumulan en la parte superior de las nubes de tormenta y las cargas negativas se acumulan en la parte inferior (a excepción de los parches desconcertantes de las cargas positivas que a menudo se detectan en la parte inferior central). La atracción eléctrica entre estas cargas opuestas, y entre las cargas negativas en la parte inferior de la nube y las cargas positivas que se acumulan en el suelo debajo, eventualmente se vuelven lo suficientemente fuertes como para superar la resistencia del aire al flujo eléctrico.

Como una manada de elefantes que vadean a través de un río, las cargas negativas se aventuran desde el fondo de la nube hacia el cielo y se mueven entrecortadamente hacia el suelo, formando un camino invisible y conductor llamado "líder de pasos". El camino de las cargas eventualmente se conecta a "serpentinas" similares de cargas positivas que surgen desde el suelo, completando un circuito eléctrico y permitiendo que las cargas negativas viertan de la nube al suelo a lo largo del circuito que se han formado. Esta repentina y enorme descarga eléctrica es el relámpago. [Infografía: Cómo cae un rayo]

Pero en cuanto a cómo sucede todo eso, bueno, simplemente no tiene mucho sentido físico. Hay tres preguntas importantes que necesitan respuestas, dijo Joe Dwyer, un destacado físico de rayos en el Instituto de Tecnología de Florida. "Primero, ¿cómo cobras una nube de tormenta?" Dwyer dijo. Se necesita una mezcla de agua y hielo para proporcionar átomos que puedan adquirir carga, y se requieren corrientes ascendentes para mover las partículas cargadas. El resto de los detalles son confusos.

Una teoría sostiene que los rayos cósmicos de alta energía del espacio se disparan a través de la nube, eliminando los electrones de los átomos a medida que avanzan y arrastrando estas partículas cargadas negativamente hacia la base de la nube, creando un desequilibrio de carga. Dwyer dijo que aunque este proceso puede desempeñar un papel, no parece suficiente para explicar el enorme desequilibrio que los científicos observan.

El consenso entre los científicos, dijo a Life's Little Mysteries, es que la separación de cargas se logra principalmente en un proceso llamado "mecanismo de carga no inductivo".

"Tienes una fase mixta de hielo y agua a más de 5 kilómetros [3 millas] más o menos, y de alguna manera interactúan entre sí y tienes algún tipo de precipitación, y tienes corrientes ascendentes estallando", dijo. "De alguna manera, el hielo y el agua interactúan y logran separarse en partículas con carga opuesta. Las partículas más ligeras adquieren una carga positiva y se lanzan hacia la parte superior, y las más pesadas son negativas y caen".

Ese parche positivo mencionado cerca de la parte inferior de la nube sigue siendo un rasguño de cabeza. [Los mayores misterios sin resolver en física]

El segundo punto de confusión se llama "problema de iniciación de rayos". Las mediciones de los campos eléctricos dentro de las nubes de tormenta han arrojado valores pico de un orden de magnitud más débil que el necesario para descomponer las propiedades aislantes del aire. Las bujías hechas por el hombre requieren un campo eléctrico mucho más grande, o una diferencia de voltaje entre un electrodo y el otro para que una corriente pueda atravesar la brecha. Entonces, la pregunta es: "¿Cómo se produce una chispa dentro de una tormenta eléctrica? Los campos eléctricos nunca parecen ser lo suficientemente grandes dentro de la tormenta para generar una chispa. Entonces, ¿cómo se enciende esa chispa? Esta es un área de investigación muy activa., "Dwyer dijo.

Y una vez que se enciende la chispa, la pregunta final es cómo sigue funcionando. "Después de comenzar, ¿cómo se propagan los rayos por decenas de millas a través de las nubes?" Dwyer dijo. "Eso es algo asombroso: ¿cómo convertir el aire de ser un aislante en un conductor?"

Los rayos confunden gran parte de la comprensión de los científicos sobre la física básica. Pero según Dwyer, el progreso recientemente ha acelerado el ritmo. "Tenemos muchas formas de medir rayos y tormentas que no estaban disponibles hace unos años. Podemos ver las señales de radio que salen de ellos. Podemos disparar rayos, para que podamos saber dónde apuntar nuestras cámaras y instrumentos. Hace diez años nos dimos cuenta de que los rayos producen rayos X y rayos gamma, lo cual fue inesperado. Esto nos ha dado una nueva visión de lo que está pasando. Estamos progresando mucho ".

Hasta el momento, parece que la ira de Zeus no ha sido descartada técnicamente.

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