Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

julio 25, 2009

Al otro lado de las tormentas

Recientes descubrimientos en meteorología nos indican cuánto nos falta aún por saber acerca de nuestra atmósfera, y los grandes campos abiertos a los nuevos investigadores.

Un sprite rojo surgiendo por encima de las nubes durante una
tormenta eléctrica. (Fotografía DP del Global Hydrology and
Climate Center, vía Wikimedia Commons) 
Sería razonable pensar que nuestra atmósfera, esa capa sobre la superficie de nuestro planeta donde se encuentra el aire que respiramos, de donde procede la lluvia que recicla el agua del planeta, que nos protege de las radiaciones más potentes del sol, estaría ya suficientemente descrita. Los gases que la componen han sido identificados y estudiados entre los siglos XVIII y XX. Las tormentas eléctricas fueron identificadas como tales por Benjamin Franklin también en el siglo XVIII, al demostrar que los rayos eran electricidad. Su contaminación y problemas son gran preocupación desde el siglo XX.

Viajamos a través de ella, la observamos desde distintas alturas, estudiamos su composición y presión, es la tenue envoltura que permite la vida en este planeta. Y sin embargo, hay mucho que desconocemos sobre los fenómenos que ocurren en la atmósfera, y una serie de descubrimientos realizados desde 1989 nos hablan de un mundo asombroso y hasta entonces casi desconocido, de asombrosos y colosales fenómenos que ocurren por encima de las nubes de tormenta.

No se puede saber desde cuándo el hombre vio, tenuemente, cierta luminosidad roja durante las tormentas eléctricas, encima de las nubes del tipo cumulonimbus. Sabemos, sí, que ya desde 1886 diversos científicos informaron de ella, aunque nunca con certeza, y no pudieron capturarla en las cámaras debido, como sabemos hoy, a su corta duración.

En 1925, dos años antes de recibir el premio Nobel de Física, el escocés Charles Thomson Rees Wilson predijo que las descargas de rayos positivos entre una nube y el suelo debería crear grandes descargas eléctricas muy por encima de las nubes. Finalmente, en 1989, un grupo de científicos de la Universidad de Minnesota capturaron por accidente en una cámara de vídeo de bajo nivel de iluminación este fenómeno, que algunos años después fueron bautizados como sprites, o espíritus del aire, por inspiración de Puck, personaje de la obra Sueño de una noche de verano de William Shakespeare.

Como suele ocurrir con muchos descubrimientos, una vez que se supo dónde había que buscar y con qué instrumentos, a partir de ese momento se han grabado decenas de miles de sprites. Estos fenómenos son de un tamaño colosal, con alturas que llegan a superar los 60 kilómetros, y diámetros de decenas de kilómetros, y se caracterizan por ser manchas alargadas o redondeadas de plasma frío, con color rojo o anaranjado y estructuras filamentosas azules en la parte inferior. Sin embargo, los procesos eléctricos y atmosféricos que ocurren exactamente en el interior de un sprite aún están bajo investigación.

A principios de la década de 1990, un grupo de científicos de la Universidad de Stanford predijeron la existencia de un fenómeno al que llamaron “elve”, una forma de decir “duende” en inglés. En ciertas descargas de rayos especialmente fuertes, se genera un pulso de radiación electromagnética tremendamente potente cuando la energía pasa por la base de la ionósfera, provocando que sus gases resplandezcan durante unas pocas milésimas de segundo, lo que hace que sean imposibles de verse a simple vista. Las imágenes que tenemos nos indican que es como un gigantesco donut en expansión, que puede alcanzar varios cientos de kilómetros de diámetro.

En 1994, y también por accidente, un equipo de la Universidad de Alaska-Fairbanks capturó otro fenómeno óptico que ocurre por encima de las tormentas eléctricas: una eyección de color azul lanzada desde la parte superior de las regiones centrales eléctricamente activas de las tormentas eléctricas y llamada “chorro azul” o “blue jet”. Una vez que salen de la parte superior de las nubes de tormenta, se propagan hacia arriba en estrechos conos de unos 15 grados a velocidades de unos 100 kilómetros por segundo hasta alcanzar varias decenas de kilómetros de altura. Los chorros azules, a diferencia de los sprites, no parecen estar correlacionados con descargas de rayos entre las nubes y la tierra. Con los chorros azules están los iniciadores azules o “blue starters”, más cortos y menos luminosos, como chorros azules que murieron sin desarrollarse.

Finalmente, por el momento, en 2001 los científicos del observatorio de Arecibo fotografiaron un gigantesco chorro del doble de tamaño que los anteriormente observados. Este chorro tuvo una duración de algo menos de un segundo, y luego de subir como un chorro azul se dividió en dos. En 2002, sobre el mar del Sur de China, se observaron otros cinco chorros gigantes.

Todos estos fenómenos ocurren en las capas superiores de la atmósfera. La vida se desarrolla en la capa llamada tropósfera, que es donde ocurren las tormentas. Los chorros azules son fenómenos de la estratósfera, más o menos entre 10 y 60 kilómetros de altura. De los 60 a los 100 kilómetros está la mesósfera, donde se producen los elves y los sprites, quedando por encima de los 100 kilómetros la termósfera, nuestra frontera con el vacío del espacio. Sin embargo, esa gran zona de la mesósfera es en ocasiones llamada por los científicos la “ignorósfera”, porque fue ignorada debido a que era imposible observarla, demasiado alta para ser estudiada con globos meteorológicos, y demasiado baja para ser accesible a las observaciones por satélite.

Pero hoy tenemos herramientas que permiten estudiar más precisamente esta zona, como el propio transbordador espacial y satélites más eficientes, y con ello se abre la posibilidad de descubrir muchos otros fenómenos que pueden ayuda a explicar el comportamiento de la atmósfera, y entender más claramente cuestiones como el agujero de ozono, la actividad electroquímica de la mesósfera y el circuito eléctrico de toda la atmósfera.

Esto no anula que sigan existiendo fenómenos que seguimos estudiando en la zona más visible de nuestra atmósfera, como los relámpagos bola, la producción de rayos X debida a un relámpago (que no se observó sino hasta el año 2001), el magnetismo inducido por rayos y todo el mundo de la predicción meteorológica

Ciertamente no conocemos bien ni el aire que nos rodea, y hay maravillas por descubrir en todas partes, incluso al otro lado de las tormentas.

Fenómenos que podrían existir

En los últimos años se han reportado varios fenómenos que podrían ser simples variantes de los ya conocidos o ser entidades totalmente nuevas. Con nombres relacionados con la mitología de las hadas, hoy los meteorólogos hablan de trolls, formas similares a los chorros azules, pero de color rojo; gnomos, que parecen iniciadores azules, pero más compactos, y pixies, puntos de luz en la superficie de los domos de convexión de las tormentas. Todo un campo de juegos para la ciencia.

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