Boletín de Ciencia y
Tecnología N° 217
Enero 2021
El estudio
es portada de la revista ‘Nature’
Así nace un rayo azul y asciende
por la estratosfera
Astrofísicos
de la Universidad de Valencia y otros centros europeos han detectado, por
primera vez en la historia, un jet o
chorro azul desde el primer microsegundo de su génesis hasta su propagación por
encima de las nubes. El descubrimiento, realizado desde la Estación Espacial
Internacional, puede ayudar a los estudios sobre el circuito eléctrico global
de la atmósfera y el calentamiento de sus capas altas.
SINC 21/1/2021 12:21
CEST
Composición artística de la Tierra vista
desde la Estación Espacial Internacional en el momento que se dispara un rayo
azul. Por encima tiene un ‘duende’ o elve asociado
con forma de gran dónut blanquecino, que sube hasta los 100 km de altura en la
ionosfera. / DTU Space, Mount Visual/Daniel Schmelling
Los científicos llevan décadas estudiando desde tierra cómo
se producen las descargas eléctricas en las nubes durante las tormentas. La
separación de cargas eléctricas que se produce en el interior de una tormenta
genera un movimiento ionizador de los componentes de
la atmósfera que, a su vez, da lugar
a las potentes descargas que coloquialmente se conocen como ‘rayos’. Estos se
desplazan entre las propias nubes o entre estas y el suelo.
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Pero existe otra clase de sucesos más raros, visibles solo
desde el espacio, que aparecen como jets
o chorros muy azules e intensos que ascienden desde la nube hacia las
partes más altas de la atmósfera. Se originan a 10-15 km de altura desde las
nubes y suben por encima de ellas, ascendiendo por la atmósfera.
Ahora investigadores
de Dinamarca, Noruega y España han detectado y caracterizado por primera
vez de forma completa uno de estos rayos azules, determinando su posición,
duración, evolución y velocidad desde su origen en la capa superior de las
nubes.
Además, han establecido la relación, también al microsegundo, entre el rayo
progenitor y su evolución en forma de luz ascendente por la estratosfera.
Nunca antes se había conseguido un resultado de estas características, destacado
esta semana en portada de la revista Nature.
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Por primera vez en la historia, se ha detectado y
caracterizado un rayo azul con toda su geometría, desde el primer microsegundo
de su génesis hasta su propagación por encima de las nubes en la estratosfera
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Las observaciones se realizaron en febrero de 2019 con el
instrumento Atmosphere Interactions
Monitor (ASIM) instalado en la Estación Espacial Internacional. Se registraron
cinco erupciones muy violentas cerca de la isla
de Nauru en el Pacífico Central, tanto en las dos cámaras como en los
tres fotómetros de los que dispone ASIM.
Instrumento Atmosphere Interactions Monitor (ASIM) en el módulo Columbus de la
Estación Espacial Internacional. / NASA
"Se trata de erupciones de plasma que se originan a 16 km de
altura desde la nube y parten, en cuestión de microsegundos, hacia las zonas
más altas de la estratosfera", explica el coautor Víctor Reglero, catedrático de Astronomía y Astrofísica e
investigador del Image Processing
Laboratory (IPL) de la Universidad de Valencia.
La tercera de las erupciones ha ofrecido el resultado más
singular. Con una duración de 20 microsegundos, una señal cien veces más
intensa de lo habitual en el rango del llamado fotómetro azul (337 nm) y nada en el fotómetro rojo (777 nm),
los científicos han deducido que la imagen tiene forma de cono y que su
apertura va aumentando a medida que la emisión progresa en sus 196 microsegundos de duración y sube a
la atmósfera hasta llegar a los 56 km de
altura.
En paralelo, los autores han analizado los rayos de dicha
zona con datos de base en tierra y han establecido la relación entre el inicio
de un rayo y la violenta emisión azul detectada por los fotómetros.
"Es la primera vez que podemos correlacionar un rayo
progenitor con la emisión predominante en el azul, propagándose hacia las
partes más altas de la atmósfera", subraya Reglero, que añade: "Ahora ya
tenemos rayos que se propagan desde la nube al suelo, viceversa o entre nubes,
y también rayos azules que ascienden desde la nube a capas muy altas de la
atmósfera: esta es la novedad".
Calentamiento y circuito eléctrico de la atmósfera
Los investigadores consideran que su 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 donde los electrones libres de las nubes suben hasta la
ionosfera y luego bajan, lentamente, hasta la superficie de la Tierra.
El descubrimiento afecta
al estudio del calentamiento de las capas más altas de la atmósfera terrestre
y al circuito eléctrico global
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"Pero esta
visión idílica se perturba con la existencia de descargas muy intensas y
violentas, entre las que incluimos ahora a los rayos azules", comenta el
investigador, "y esto significa que el circuito eléctrico global no es tan
continuo como suponíamos, ya que tiene picos de descargas que afectan a la
cantidad de electrones que se mueven en el mismo. El próximo reto es evaluar
la frecuencia de los rayos azules y su contribución a la carga total que se
mueve en el CEG".
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El año pasado, el mismo equipo europeo que acaba de
protagonizar en enero la portada de Nature, consiguió el mismo reconocimiento en el primer número
de 2020 de la revista Science con otro trabajo sobre fenómenos
atmosféricos violentos.
El ‘zoo’ de los fenómenos explosivos que
ocurren en la alta atmósfera, como los rayos o chorros azules (blue jets) y lo
‘duendes’ (elves). / UV et al.
Referencia:
Torsten Neubert, Olivier Chanrion,
Matthias Heumesser, Krystallia Dimitriadou, Lasse Husbjerg, Ib Lundgaard Rasmussen,
Nikolai Østgaard & Victor Reglero. "Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere" Nature volume
589, pages371-375(2021).
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Fuente: UV
Derechos: Creative Commons.
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