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Cómo se producen los rayos (y 6)

Cómo se producen los rayos (y 6)
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Hemos tardado cinco capítulos, pero al final del último por fin conseguimos crear un circuito conductor de baja resistencia que ponga en contacto la carga negativa que se había acumulado en la base de la nube con la positiva inducida en la superficie terrestre. Sin embargo, el rayo en sí es bastante más sencillo de entender que los prolegómenos, lo explicaremos en los próximos tres párrafos.

Como ya dijimos, lo primero que ocurre tras producirse el contacto es la descarga de retorno. Para ser estrictos, esta descarga empieza desde el punto en que se cierra el circuito, ya las cargas que se encuentran allí son las primeras en enterarse que se ha producido el cortocircuito, por así decirlo. Luego, la descarga se va extendiendo hacia ambos extremos. Pero dicho punto está cerca del suelo, por lo que desde lejos solamente veremos la parte ascendente.

Tras la descarga de retorno inicial, el canal conductor permanece abierto durante un corto intervalo de tiempo. Mientras tanto, las cargas negativas situadas en zonas de la nube cercanas al origen del rayo pueden aprovechar la oportunidad para atravesar el canal conductor para viajar hasta las cargas positivas del suelo, con la sana intención de neutralizarse. Normalmente se pueden producir entre dos y cuatro de estas descargas secundarias.

Hay que tener en cuenta que en todas estas descargas se ponen en movimiento tanto electrones negativos que van hacia abajo (atraídos por las cargas positivas en la superficie), como iones positivos que van en sentido contrario. Ahora bien, los iones tienen una masa miles de veces mayor que los electrones, por lo que su movilidad es mucho menor. Por otra parte, por convenio, decimos que la corriente eléctrica va siempre de positivo a negativo. Así que decimos que la corriente es ascendente, por bien que la mayoría de portadores de carga sean negativos y se muevan en sentido contrario.

Un rayo

Tras el rayo, el canal conductor se cierra. Recordad que el aire se había vuelto conductor por la gran cantidad de electrones lentos que habían sido arrancados de sus respectivos electrones átomos por el paso de una avalancha de electrones ultra-rápidos. Pero debido a sus cargas, electrones e iones se atraen mutuamente, por lo que en poco tiempo se volverán a unir para volver a formar un átomo neutro, proceso que llamamos recombinación.

Con el canal cerrado, el aire vuelve a ser aislante, y no se pueden producir más descargas. Y, con esto, el ciclo vuelve a empezar:

  1. La fricción entre las gotas de agua y los cristales de hielo volverá a separar las cargas en el interior de la nube.
  2. Un rayo cósmico, procedente de cualquier rincón del universo, colisionará con un átomo en la atmósfera terrestre y creará una gran cascada de partículas, entre los cuales habrá electrones muy energéticos.
  3. Ese electrón colisionará con otros átomos del aire, arrancando gran cantidad de electrones lentos, más uno o dos electrones muy energéticos.
  4. Esos nuevos electrones energéticos recorrerán una distancia media de 50-100m en el aire, durante la cual serán empujados por el campo eléctrico, que aumentará aún más su energía.
  5. Finalmente, los electrones colisionarán con más átomos, arrancando más y más electrones formando una avalancha – que llamamos líder -, que desciende hacia la superficie terrestre a casi la velocidad a la luz. El líder deja tras de si un rastro de electrones lentos e iones.
  6. Cuando el líder se acerque a la superficie, su carga negativa atraerá a las cargas positivas del suelo, que saldrán volando, formando un nuevo líder positivo.
  7. Al encontrarse ambos líderes, se producirá una descarga de retorno.
  8. Tras la primera chispa, se producirán unas cuantas réplicas mientras se descargan diferentes zonas de la nube.
  9. Poco después, los iones y electrones libres se recombinarán, haciendo que el aire vuelva a ser aislante.

Esto que hemos explicado es la teoría más aceptada actualmente sobre los rayos. Como siempre, en ciencia, nunca podemos decir que lo sabemos todo; o incluso puede que estemos equivocados. No obstante, como dicta el método científico, se puede utilizar esta teoría para realizar predicciones que luego se contrastan con la realidad.

En primer lugar, la gran cantidad de electrones lentos en el aire, que recorren una corta distancia empujados por el campo eléctrico, debe provocar la emisión de radiación electromagnética de radiofrecuencia. Estas emisiones de radio procedentes de los rayos ya eran conocida, e incluso se utilizan para la teledetección de los mismos.

En segundo lugar, la presencia de electrones ultra-relativistas en el líder, moviéndose casi a la velocidad de la luz, conlleva la emisión de rayos X, que fueron detectados en primera vez por Charlie Moore en 2001. La confirmación de esta predicción es el mayor indicio en favor de esta teoría.

En Genciencia | Cómo se producen los rayos(1): Introducción
(2): Electrificación de la nube
(3): Rayos cósmicos, sembrado de electrones
(4): Ruptura relativista del aire
(5): Formación del canal conductor
(6): Descargas y conclusión

Vía | How cosmic rays trigger lightning strikes, Rayos que empiezan siendo Cósmicos
Fotos | Angeloux, donrenexito

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