Constantemente, en la atmósfera terrestre se están produciendo descargas por tormentas eléctricas. Ellas se exteriorizan en los truenos y relámpagos. Su naturaleza y su origen, siempre han interesado a los investigadores, que hasta ahora no habían encontrado una explicación clara de su génesis. La carga eléctrica que se asocia a ellos, fue confirmada por primera vez por Benjamín Franklin en el año 1752, mediante un volantín que encumbró hasta una nube durante un día de tormenta. Pero hasta hace muy poco tiempo, poco más se había podido conocer acerca de cómo se generaba el proceso. Ahora el misterio parece haberse resuelto. Se ha detectado junto con los relámpagos, una emisión de rayos X, lo que parece confirmar la hipótesis que el fenómeno no sólo depende de la atmósfera terrestre, sino que se inicia desde el espacio.

El relámpago es la resultante de la liberación de una carga eléctrica acumulada. En un nubarrón, el campo eléctrico se genera por la coalición entre las partículas de hielo existentes en la nube. La masa de la carga generada es negativa, lo que a su vez induce abajo en la tierra, a miles de metros, una carga opuesta positiva. Eventualmente el aire se ioniza y conduce la carga negativa, ya sea de nube a nube, o de la nube a la tierra. En tal caso, el contacto con la carga positiva libera la carga eléctrica, lo que se exterioriza en un rayo.

Pero hay algo que no calza en esta explicación. Para movilizarse la carga eléctrica hacia la superficie de la tierra, se necesita que en esta zona el aire se ionice. Pero el aire sólo se puede ionizar espontáneamente, si existe un campo eléctrico de 2500 kilovoltios por metro. El problema está en que se han hecho cientos de determinaciones en los nubarrones, ya sea con volantines, globos u aparatos espaciales, pero nunca se ha podido detectar un campo eléctrico lo suficientemente grande como para que llegue a ionizar el aire. Las determinaciones entregan valores que pueden oscilar entre 100 a 400 kilovoltios por metro, lo que está muy por debajo lo que se necesita para ionizar el aire.


El origen estaría en los rayos cósmicos

Hace unos pocos años, los investigadores de rayos comenzaron a pensar que la iotización podía producirse en un momento, poco antes de la descarga. Para explicarse el fenómeno, identificaron a un sospechoso: "los rayos cósmicos". Estas son partículas altamente energéticas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Después de viajar desde distancias intergalácticas, chocan constantemente contra la atmósfera terrestre. Cada día miles de rayos cósmicos, por metro cuadrado, están bombardeando la atmósfera de la Tierra. Fue Alex Gurevich del Instituto Físico Lebedev en Moscú, quien propuso en el año 1992 una hipótesis para explicar cómo los rayos cósmicos podían estar gatillando la producción de relámpagos. Según él, cuando un rayo cósmico golpeaba la atmósfera de la Tierra, podía impactar en una molécula de aire, ionizándolo, lo que produciría un electrón extremadamente energético. Al encontrarse con un campo eléctrico de un nubarrón, el electrón podría acelerarse a una velocidad cercana a la luz y golpear y acelerar otras moléculas de aire, produciendo una reacción en cadena de más y más electrones acelerados. Como resultado, una avalancha de electrones podría en definitiva llegar a ionizar el aire, permitiendo fluir la carga hacia la tierra y producir el rayo al descargarse el campo eléctrico (fig. 1).

En un comienzo esto pareció una hipótesis fantasiosa, pero en ausencia de otra más plausible, fue siendo más aceptada. Pero la hipótesis se ha reforzado al descubrir las señales que muestran que en ciertas condiciones especiales, bastaría un pequeño campo eléctrico, de alrededor de unos 300 kilovoltios por metro (carga muchas veces detectada en un nubarrón), para que el proceso de iotización llegara a inducirse y terminara desencadenando la descarga eléctrica y el rayo consecutivo.

Un electrón que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, emite radiaciones energéticas como rayos X y rayos gama. Si la teoría de Gurevich fuera cierta, los rayos X deberían detectarse junto con los relámpagos. Efectivamente, en el año 2001, Charlie Moore y sus colaboradores del New México Institute of Mining and Technology en Socorro, lograron por primera vez detectar de rayos X, justo cuando se producía el rayo. Con un aire ionizado se puede desplazar la carga eléctrica negativa, acercándose al suelo, cerrando el circuito al encontrarse con la carga positiva de la tierra, lo que produciría el rayo.

Joe Dwyer del Florida Institute of Technology en Melbourne y Martín Uman, del International Center for Lightning Research, también confirmaron la presencia de rayos X, pero en una forma diferente. Indujeron la producción artificial de relámpagos, enviando un cohete que chocaba a un nubarrón de tormenta. Fue en el año 2002, cuando mediante un detector de rayos X, pudieron comprobar su existencia en relámpagos provocados por los choques planificados por ellos mismos, fenómeno que era similar a los que gatillan los rayos cósmicos.

Luego en el verano del 2003, Dwyer pudo detectar un estallido aun más energético que los rayos X: "un estallido de rayos gama" proveniente de la nube cuando se produce el relámpago. Los rayos gama generados en las nubes pueden estudiarse mejor que los rayos X, ya que se detectan desde arriba de la nube, mediante el satélite RHESSi de la NASA. Es así como el satélite RHESSi, puede detectar cada día más de 50 estallidos de rayos gama que se generan en los nubarrones de tormentas, en el momento del relámpago. Ello es una demostración más que en el proceso puede llegar a generar un kilovoltaje suficiente como para que se ionice el aire, coincidiendo con la tesis de Gurevich. Con este nuevo hallazgo, la teoría de los rayos cósmicos se hace más plausible.



(Para más detalles ver trabajo de Anna Gosline, publicado en New Sientist, Mayo 7, 2005, pág. 30).