Crédito: Universidad de Valencia.
Un equipo de científicos detectó, por primera vez en la historia, un rayo azul con toda su geometría desde el primer microsegundo de su génesis. El rayo se propaga en la estratosfera. En el equipo participó la Universidad de Valencia. El descubrimiento afecta al estudio del calentamiento de las zonas más altas de la atmósfera terrestre y al circuito eléctrico global. El trabajo ocupa la portada de la revista Nature.
Los científicos siempre han querido entender la generación y producción de descargas eléctricas en las nubes durante las tormentas. Esto ha supuesto, desde antaño, millones de observaciones desde bases en la Tierra. La separación de cargas eléctricas que se produce en el interior de una tormenta genera un movimiento ionizador de los componentes de la atmósfera. Ello da lugar a las potentes descargas que coloquialmente se conocen como ‘rayos’. Estos se desplazan unas veces entre nubes; otras, de la nube al suelo o viceversa.
Existe otra clase de sucesos más raros. Aparecen como chorros muy azules e intensos, que ascienden desde la nube hacia las partes más altas de la atmósfera. Son los llamados blue jets, blue glimpses y blue starters. Se originan a 10-15 km de altura desde las nubes, ascienden en la atmósfera y solo pueden ser observados desde el espacio.
El descubrimiento de los rayos azules. El instrumento ASIM
Víctor Reglero, es Catedrático de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia e Investigador del Image Processing Laboratory (IPL) de la institución académica. Su equipo junto a sus colegas daneses y noruegos, ha detectado y caracterizado totalmente un Rayo Azul. Determinaron su posición, duración, evolución y velocidad desde su origen en la capa superior de las nubes. Además, han establecido la relación –al microsegundo– entre el rayo progenitor y su evolución en forma de luz ascendente. Nunca antes se había conseguido un resultado de estas características.
En Febrero de 2019 los investigadores observaron cinco erupciones muy violentas cerca de la isla de Nauru en el Pacífico Central. Fue posible gracias a las imágenes obtenidas por el observatorio espacial ‘Atmosphere Interactions Monitor’ (ASIM) –operativo en la ISS. El evento fue observado tanto en las dos cámaras como en los tres fotómetros de los que dispone ASIM. “Se trata de erupciones de plasma que se originan a 16 Km de altura desde la nube. Ellas parten, en cuestión de microsegundos, hacia las zonas más altas de la estratosfera”, comenta Víctor Reglero.
Crédito: Investigación IPL, Universidad de Valencia.
Según el artículo publicado ahora en Nature, la tercera de estas erupciones desprende un resultado todavía más singular. Tiene una duración de 20 microsegundos. Es una señal cien veces más intensa de lo habitual en el llamado fotómetro azul (337 nm) y nada en el fotómetro rojo (777 nm). Los científicos deducen que la imagen tiene forma de cono. Su apertura va aumentando a medida que la emisión progresa en sus 196 microsegundos de duración. Además sube en la atmósfera hasta llegar a los 56 km de altura.
Relacionado el evento con las observaciones desde tierra
Crédito: Investigación IPL / DTU SPACE ASIM Animation.
En paralelo, el trabajo analiza los rayos de dicha zona con datos de base en tierra. Establece entonces la relación entre el inicio de un rayo y la violenta emisión azul detectada por los fotómetros. “Es la primera vez que correlacionamos un rayo progenitor con la emisión predominante en el azul y propagándose hacia las partes más altas de la atmósfera”. Explica el astrofísico de la Universidad de Valencia. “Ahora hay rayos que se propagan desde la nube al suelo y viceversa, o entre nubes. Pero también hay rayos azules que ascienden desde la nube a capas muy altas de la atmósfera. Esta es la novedad”, añade Reglero.
Repercusiones científicas de los Rayos Azules
Este descubrimiento tiene impacto en el calentamiento de las zonas superiores de la atmósfera terrestre, así como en el Circuito Eléctrico Global (CEG).
Según el modelo básico, la atmósfera de la Tierra –desde las nubes a 10 km hasta la ionosfera, a 100 km– es una especie de circuito eléctrico elemental. En él, los electrones libres de las nubes suben hasta la ionosfera y luego bajan, lentamente, hasta la superficie de la Tierra.
«Esta visión idílica se perturba con la existencia de descargas muy intensas y violentas. Tal es el caso con los blue glimpses, los blue starters y ahora los rayos azules”, comenta el científico. “Esto significa que el Circuito Eléctrico Global no es tan continuo como suponíamos. Esto se debe a que tiene picos de descargas que afectan a la cantidad de electrones que se mueven en el mismo. Una tarea futura es evaluar la frecuencia de los rayos azules y su contribución a la carga total que se mueve en el CEG. Este es nuestro reto para los próximos años”, concluye.
El interés del propio descubrimiento, así como su impacto sobre las capas altas de la atmosfera y sobre el Circuito Terrestre Global (CTG), tuvo repercusiones. Ha hecho que el artículo ocupe la portada del primer número de 2021 de la revista Nature. Se trata del segundo año consecutivo que el equipo de Reglero estrena año protagonizando, con su trabajo, una front cover de máximo prestigio internacional. En 2020, la revista Science dedicaba la primera portada del año a un trabajo sobre fenómenos atmosféricos violentos con coautoría de este astrofísico.
Instituciones intervinientes
El equipo internacional está formado por investigadores de varias instituciones que nombramos a continuación. National Space Institute (Technical University of Denmark – DTU Space, Denmark). El ‘Birkeland Centre for Space Science’ (Department of Physics and Technology University of Bergen, Norway) y el ‘Image Processing Laboratory’ de la Universidad de Valencia.
El paper
Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere. Torsten Neubert, Olivier Chanrion, Matthias Heumesser, Krystallia Dimitriadou, Lasse Husbjerg, Ib Lundgaard Rasmussen, Nikolai Østgaard & Victor Reglero. Nature volume 589, pages371–375(2021).
Fuente: Universidad de Valencia.
Crédito: Investigación IPL, Universidad de Valencia.
Material relacionado
Sobre ASIM
Crédito: ESA.
Una edición especial sobre Rayos
Eos, la revista de la ‘American Geophysical Union’, presenta el tema Rayos en una serie de artículos que cubren varios aspectos de su estudio:
Curiosidades
Descubriendo los mega destellos desde el cielo
La mayoría de los relámpagos duran solo 0,2 segundos, lo que significa que si parpadea en el momento equivocado, podría perdérselo. Sin embargo, los científicos han desarrollado nuevos instrumentos de detección de rayos, conocidos como Mapeadores Geoestacionarios de Rayos (GLM), que nunca pierden un destello. Los GLM están a bordo de los dos satélites ambientales operacionales geoestacionarios (GOES-West y GOES-East). Estos se encuentran en órbitas estacionarias sobre el hemisferio occidental de la Tierra. Con los datos de los GLM, los científicos atmosféricos descubieron nuevos fenómenos de rayos llamados «mega destellos» que pueden iluminar el cielo hasta por 16 segundos. El siguiente artículo lo presenta.
- La tecnología satelital ayuda a descubrir nuevos fenómenos meteorológicos: mega destellos de relámpagos. Carlos Costa. LIADA, Sección Planeta Azul. Diciembre 12, 2020.