La mayoría de las tormentas eléctricas son radiactivas

En la década de 1990, los satélites de la NASA construidos para detectar partículas de alta energía provenientes de supernovas y otros objetos de tamaño celestial descubrieron una sorpresa: detectaron explosiones de radiación gamma de alta energía. Lo extraño es que no llegaban de otros sitios del cosmos, sino que se originaban en la Tierra.

Si bien los investigadores no tardaron mucho en descubrir que estas partículas radiactivas supercargadas provenían de tormentas eléctricas, la frecuencia con la que se producía el fenómeno seguía siendo un misterio. El problema es que los satélites no habían sido construidos para detectar la radiación gamma proveniente de la Tierra, y tenían que estar en el lugar correcto en el momento justo para hacerlo.

Después de años de depender de la buena suerte, un grupo de científicos de la NASA consiguió reacondicionar un avión espía U2 y llevarlo sobre las tormentas para observarlas adecuadamente. Los resultados, divididos en dos artículos de la revista Nature, muestran que la radiación gamma producida en las tormentas eléctricas es mucho más común de lo que se pensaba y que la dinámica que crea la radiación encierra un tesoro de misterios aún por resolver.

“En las tormentas eléctricas suceden muchas más cosas de las que jamás imaginamos – explica Steve Cummer, coautor de ambos artículos -. Resulta que, en esencia, todas las grandes tormentas eléctricas generan rayos gamma en muchas formas diferentes”.

La física general que explica cómo las tormentas eléctricas crean destellos de radiación gamma de alta energía no es un misterio. A medida que se desarrollan las tormentas eléctricas, las corrientes de aire en espiral hacen que las gotas de agua, el granizo y el hielo se mezclen y generen una carga eléctrica similar a la que se produce al frotar un globo contra un trozo de tela. Las partículas con carga positiva terminan en la parte superior de la tormenta, mientras que las partículas con carga negativa caen al fondo, creando un enorme campo eléctrico que puede ser tan fuerte como 100 millones de pilas AA.

Cuando otras partículas cargadas, como los electrones, se encuentran en un campo tan fuerte, se aceleran. Si alcanzan velocidades lo suficientemente altas y chocan con una molécula de aire, desprenden más electrones de alta energía. El proceso se va produciendo en cascada hasta que las colisiones tienen suficiente energía para crear reacciones nucleares, produciendo destellos extremadamente fuertes y rápidos de rayos gamma, antimateria y otras formas de radiación. Pero hay más.

Algunos aviones que vuelan cerca de tormentas eléctricas también han detectado un débil resplandor de radiación gamma proveniente de las nubes. Estas tormentas parecen tener suficiente energía para producir una ebullición de radiación gamma de bajo nivel, pero algo impide que creen una explosión. Gracias al uso del avión U2, una aeronave que vuela al doble de altura que los aviones comerciales y aproximadamente a 5 kilómetros por encima de la mayoría de las tormentas eléctricas, fue posible tener “asientos en primera fila” para estos eventos.

“El avión es la plataforma de observación definitiva para los rayos gamma de las nubes de tormenta – añade Nikolai Østgaard, investigador principal del proyecto -. A 20 km de altura, podemos volar directamente sobre la parte superior de la nube, lo más cerca posible de la fuente de rayos gamma”.

Como el U2 era la solución perfecta y el equipo iba a volar sobre las tormentas adecuadas, los investigadores pensaron que si estos fenómenos eran raros, entonces apenas verían ninguno. Pero si eran comunes, entonces verían muchos. Y vieron muchos.

En el transcurso de un mes, realizaron 10 vuelos sobre grandes tormentas en los trópicos al sur de Florida, y 9 de ellos permitieron observar este “hervor de radiación gamma”, que también era más dinámico de lo esperado.

Dado el tamaño de una tormenta típica en los trópicos, que se vuelve mucho más grande que las tormentas en otras latitudes, esto sugiere que más de la mitad de todas las tormentas en los trópicos son radiactivas.

Estos fenómenos casi siempre se produjeron en conjunción con una descarga de relámpago activa. Esto sugiere que el gran campo eléctrico creado por el relámpago probablemente esté sobrecargando los electrones, que ya tienen alta energía, lo que les permite crear reacciones nucleares.

Pero también hubo al menos otros dos tipos de explosiones de radiación gamma cortas que nunca se habían visto antes. Un tipo es increíblemente corto, menos de una milésima de segundo, mientras que el otro es una secuencia de aproximadamente 10 explosiones individuales que se repiten en el transcurso de aproximadamente una décima de segundo.

“Esas dos nuevas formas de radiación gamma son las que encuentro más interesantes - añade Cummer -. No parecen estar asociadas con el desarrollo de relámpagos. Surgen espontáneamente de alguna manera. Hay indicios en los datos de que en realidad pueden estar vinculadas a los procesos que inician los relámpagos, que aún son un misterio para los científicos”.

Pese a ello, los autores señalan que la cantidad de radiación que se produce solo sería peligrosa si una persona u objeto estuviera muy cerca de la fuente de origen.

“La radiación sería el menor de sus problemas si se encontrara allí. Los aviones evitan volar en núcleos de tormentas activas debido a la turbulencia y los vientos extremos – concluye Cummer -. Incluso sabiendo lo que sabemos ahora, no me preocupa volar más de lo que me preocupaba antes”.