31 de diciembre de 2014: Todos los días, las
tormentas eléctricas alrededor del mundo producen aproximadamente mil
rápidos estallidos de rayos gamma, una luz de muy alta energía que se
encuentra de manera natural en la Tierra. Mediante la combinación de los
registros de eventos observados por el Telescopio Espacial Fermi de
Rayos Gamma (Fermi Gamma-ray Space Telescope, en idioma inglés), de la
NASA, con datos de radares terrestres y detectores de rayos, los
científicos han finalizado el análisis más detallado hasta la fecha de
los tipos de tormentas que están involucrados.
“Notablemente, hemos descubierto que cualquier tormenta puede
producir rayos gamma, incluso aquellas que parecen ser tan débiles que
no merecen la atención de un meteorólogo”, dijo Themis Chronis, quien
dirigió la investigación en la Universidad de Alabama en Huntsville
(University of Alabama in Huntsville o UAH, por su acrónimo en idioma
inglés).
Los estallidos, llamados Destellos de Rayos Gamma Terrestres
(Terrestrial Gamma-ray Flashes o TGFs, por su sigla en idioma inglés),
fueron descubiertos en 1992 por el Observatorio Compton de Rayos Gamma,
de la NASA, que funcionó hasta el año 2000. Los TGF se producen de
manera impredecible y fugaz, con duración de menos de una milésima de
segundo, y siguen siendo fenómenos poco comprendidos.
A fines del año 2012, los científicos del telescopio Fermi
emplearon nuevas técnicas que efectivamente actualizaron el Monitor de
Destellos de Rayos Gamma (Gamma-ray Burst Monitor o GBM, por su sigla en
idioma inglés) del satélite, haciéndolo así 10 veces más sensible a los
TGF y permitiendo que registre eventos débiles que antes pasaban
desapercibidos.
“Como resultado de nuestro mayor número de descubrimientos,
pudimos mostrar que la mayoría de los TGF también generan fuertes
ráfagas de ondas de radio como las que producen los relámpagos”, señaló
Michael Briggs, quien es el Subdirector del Centro de Plasma Espacial e
Investigación Aeronómica (Center for Space Plasma and Aeronomic
Research, en idioma inglés), en la UAH, y miembro del equipo del GBM.
Previamente, las posiciones de los TGF se podían estimar tomando
como base la ubicación del telescopio Fermi en el momento del evento. El
GBM puede detectar destellos dentro de aproximadamente 800 kilómetros
(500 millas), pero esto es demasiado impreciso como para asociar de
manera definitiva un TGF con una tormenta específica.
Las redes de detección de rayos terrestres usan datos de radio
para localizar los lugares donde caen. El descubrimiento de señales
similares provenientes de los TGF significó que los científicos podían
usar las redes para determinar qué tormentas producen destellos de rayos
gamma, abriendo la puerta de este modo a una comprensión más profunda
de la meteorología que genera estos eventos extremos.
Chronis, Briggs y sus colegas buscaron entre 2.279 TGFs detectados
por el GBM del telescopio Fermi con el fin de obtener una muestra de
casi 900 eventos localizados con exactitud por la Red Total de Ubicación
de Rayos (Total Lightning Network, en idioma inglés), la cual es
operada por Earth Networks, en Germantown, Maryland, y la Red Mundial de
Localización de Rayos (World Wide Lightning Location Network, en idioma
inglés), que colaboran en la investigación bajo la dirección de la
Universidad de Washington, en Seattle. Estos sistemas pueden precisar la
ubicación de las descargas de rayos (y las señales correspondientes de
los TGF) a una distancia de 10 kilómetros (6 millas) en cualquier parte
del mundo.
De este grupo, el equipo identificó 24 TGFs ocurridos dentro de
las áreas cubiertas por el Radar Meteorológico de Nueva Generación (Next
Generation Weather Radar o NEXRAD, por su acrónimo en idioma inglés),
en Florida, Louisiana, Texas, Puerto Rico y Guam. Para ocho de estas
tormentas, los investigadores obtuvieron información adicional acerca de
las condiciones atmosféricas a través de los datos del sensor recogidos
por el Departamento de Ciencias Atmosféricas (Department of Atmospheric
Science, en idioma inglés), de la Universidad de Wyoming, en Laramie.
“En resumen, este estudio es nuestra mejor mirada a las tormentas
que producen TGFs y demuestra de manera convincente que la intensidad de
la tormenta no es la clave," dijo Chronis, quien presentó los
resultados el miércoles 17 de diciembre, en una charla a la que fue
invitado en la reunión de la Unión Geofísica Estadounidense (American
Geophysical Union, en idioma inglés), que se llevó a cabo en San
Francisco. Un artículo que describe la investigación se ha presentado al
Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense (Bulletin of
American Meteorological Society, en idioma inglés).
Los científicos sospechan que los TGF surgen de fuertes campos
eléctricos cerca de la parte superior de las tormentas. Las corrientes
ascendentes y descendentes que hay dentro de las tormentas hacen que la
lluvia, la nieve y el hielo choquen entre si y adquieran una carga
eléctrica. Generalmente, la carga positiva se acumula en la parte
superior de la tormenta y carga negativa se acumula por debajo.
Cuando
el campo eléctrico de la tormenta llega a ser tan fuerte que descompone
las propiedades aislantes del aire, se produce la descarga de un rayo.
Bajo las condiciones adecuadas, la parte superior de un rayo
intra-nube altera el campo eléctrico de la tormenta de tal manera que
una avalancha de electrones surge hacia arriba a gran velocidad. Cuando
estos electrones que se mueven rápidamente son desviados por las
moléculas de aire, emiten rayos gamma y crean un TGF.
Aproximadamente el 75 por ciento de los relámpagos permanece
dentro de la tormenta, y alrededor de 2.000 de estas descargas
intra-nube ocurren en cada TGF que el telescopio Fermi detecta.
El nuevo estudio confirma los resultados anteriores que indican
que los TGF tienden a producirse cerca de las partes más altas de una
tormenta eléctrica, entre los11 y 14 kilómetros (7 y 9 millas) de
altura. “Sospechamos que esta no es la historia completa”, explicó
Briggs. “Los rayos a menudo ocurren a altitudes más bajas y los TGF
probablemente también pero el viaje por mayores profundidades de aire
debilita los rayos gamma, tanto que el GBM no puede detectarlos”.
Tomando como base las estadísticas actuales aportadas por el
telescopio Fermi, los científicos estiman que por día se producen
alrededor de 1.100 TGFs, pero la cantidad puede ser mucho mayor si no se
captan los destellos de baja altitud.
A pesar de que es demasiado pronto para sacar conclusiones, señala
Chronis, existen algunas pistas que indican que los destellos de rayos
gamma pueden preferir las zonas de tormenta donde las corrientes
ascendentes se han debilitado y la tormenta que envejece se ha vuelto
menos organizada.
“Parte de nuestra investigación en curso es rastrear
estas tormentas con el radar NEXRAD para determinar si podemos
relacionar los TGF con el ciclo de vida de la tormenta”, agregó.
