Cuando las nubes se acumularon sobre la ciudad de Philadelphia en 1752, Benjamin Franklin se mantuvo en el exterior pacientemente. Se propuso realizar un experimento con una simple cometa de la que colgaba un hilo metálico. La prueba fue un éxito ya que logró probar la naturaleza eléctrica de los rayos. En la actualidad, más de 50 años más tarde, los científicos han desvelado un secreto impactante acerca del increíble poder de las tormentas.
Gracias a las partículas cargadas provenientes del espacio, un equipo científico de la India ha medido con precisión, por primera vez, las propiedades eléctricas de una tormenta colosal. En su estudio han determinado que el monstruo contenía una energía 10 veces superior a cualquier otra tormenta investigada previamente. No sólo se ha descubierto una conexión entre los rayos cósmicos y los fenómenos terrestres. Estos hallazgos podrían resolver un misterio mantenido oculto los últimos 25 años en el campo de la física de alta energía.
Desde 2001, físicos de Udagamandalam (India) han estado utilizando el detector de muones GRAPES-3 (Gamma Ray Astronomy PeV EnergieS phase-3).
Los rayos cósmicos provenientes del espacio exterior golpean las moléculas de la atmósfera superior. En esos choques se produce una cascada de partículas subatómicas que se precipitan sobre la superficie de la Tierra. Los muones, unas de estas partículas, son las que ha utilizado recientemente un equipo científico en las Pirámides de Egipto para descubrir oquedades ocultas (ver aquí).
Con sorpresa, la gran sensibilidad del GRAPES-3 ha detectado a menudo ligeras disminuciones en la intensidad de la «lluvia» de muones. Esto ocurrió entre los pasados meses de abril y junio de 2018, así como entre septiembre y noviembre, coincidiendo justo con la época de lluvias torrenciales en esta región subtropical.
Una manera ingeniosa de medir la energía de las tormentas
«Más que algo serio, esto fue para nosotros un episodio divertido». Es lo que asegura Sunil Gupta, coautor del estudio y físico de altas energías en el «Instituto Tata de Investigación Fundamental» de Mumbai (India). El equipo describió su trabajo en marzo de 2019 en Physical Review Letters. «Estábamos estudiando los rayos cósmicos de alta energía y el espacio interplanetario, pero no demasiado las tormentas».
Los muones transportan carga negativa. Esto implica que sus trayectorias estarán distorsionadas por los campos eléctricos. Gupta se preguntó si esa propiedad podría usarse para calcular cuánta energía transportan las nubes.
Volvamos a 1949. El premio Nobel de física (invención «de la cámara de niebla», 1927) Charles Thomson Rees Wilson midió el campo eléctrico dentro de una tormenta y encontró un asombroso valor de 5.000 Voltios por centímetro. Esto implica que las tormentas, que se extienden durante kilómetros, tendrían un potencial eléctrico total del orden de gigavoltios. Eso equivale a cerca de mil millones de pilas AAA.
Pero medir un voltaje a lo largo de un objeto requiere normalmente colocar dos hilos conductores en cada extremo. Nadie ha resuelto cómo hacerlo para algo tan enorme y amorfo como una nube. Actualmente se realizan experimentos con aeroplanos y globos aerostáticos volando a través de las tormentas, tomando medidas en varios puntos. De esta manera se han obtenido potenciales eléctricos de decenas de millones de voltios. El valor medido más alto hasta el momento ha sido 130 millones de voltios.
El coautor del estudio Balakrishnan Hariharan ideó un modelo que determinó la potencia que necesitaría un campo eléctrico para poder alterar el número de muones detectados por el GRAPES-3. El equipo pudo entonces utilizar sus observaciones de muones para estimar el campo eléctrico dentro de las nubes durante el experimento.
Descargas peligrosas
En los datos almacenados en el GRAPES-3, los científicos observaron los efectos eléctricos de 184 tormentas durante 3 años. Los muones descubrieron un fenómeno colosal, grabado el 1 de diciembre de 2014. Se trataba de un potencial eléctrico de aproximadamente 1,8 gigavoltios. Es una energía suficiente para alimentar a la ciudad de Nueva York durante media hora, según palabras de Gupta.
«Es casi imposible alcanzar tales voltajes a nivel del suelo», añadió. «Pero la naturaleza parece conocer cómo lograrlo sin apenas esfuerzo»
Las medidas con muones pueden alcanzar grandes áreas. Por ese motivo son más precisas que los aviones o los globos aerostáticos para realizar los experimentos. Esto significa que los experimentos anteriores pudieron no ser lo suficientemente precisos y subestimaron las mediciones. Muchas tormentas podrían contener miles de millones de voltios dentro de ellas. A su vez, esto puede arrojar luz sobre los misterios de la física de la atmósfera.
El CGRO (Observatorio Compton de rayos gamma) se construyó para monitorizar los poderosos destellos de luz (ráfagas de rayos gamma) que ocurren en galaxias lejanas. En 1994 pudo detectar algunas erupciones de alta energía provenientes de la atmósfera de la Tierra. Nadie ha sido capaz de dar una buena explicación de por qué nuestro planeta puede producir fenómenos de una potencia similar a los más energéticos que ocurren en el Cosmos.
Aunque se sospecha que los rayos podrían tener algo que ver, las tormentas observadas en los experimentos previos no tienen la suficiente energía para explicar esos flashes terrestres de rayos gamma.
Hemos subestimado la energía de las tormentas
Ahora, las mediciones de gigavoltios del GRAPE-3 son las primeras en sugerir que tales tormentas contienen suficiente potencia para producir ese enigmático efecto. Gupta cree conveniente incluir en el futuro un detector de rayos gamma entre sus instrumentos. De esa manera podría confirmarse esa sospecha. De momento, las medidas realzadas han impresionado ya a otros investigadores.
«Se trata de una aplicación en la que nadie ha pensado antes», afirma Michael Cherry, que estudia los rayos cósmicos y gamma de alta energía en la Louisiana State University, Baton Rouge (EEUU), que no estuvo involucrado en el reciente trabajo.
La mayor parte de los investigadores se han mostrado escépticos al principio sobre la idea de que los rayos cósmicos ultra potentes puedan tener algo que ver con los rayos comparativamente «mundanos». Pero los resultados sugieren que los rayos constituyen uno de los más potentes aceleradores naturales de partículas a los que los científicos pueden acceder fácilmente.
«Estos procesos altamente energéticos no tienen porqué estudiarse sobre una fuente exótica como un agujero negro distante o una supernova», ha declarado Cherry. «Podemos estudiarlos a través de las súper tormentas eléctricas, muy cercanas a nosotros.»
[ Fuente consultada: Most powerful electrical storm on record detected, 23 abril 2019 ]
