¿Por qué zigzaguean los rayos? Científicos dan una respuesta al misterio

Todos nos hemos maravillado al ver caer un rayo. Pero, a pesar de la frecuencia con la que ocurre este fenómeno en el mundo (al día pueden caer unos 8,6 millones de rayos), para los expertos sigue un misterio por qué al caer forman en una serie de pasos, como en una especie de escalera, desde la nube de tormenta hasta la tierra.

Sobre el que da luces el profesor de Física de la Universidad de Australia Meridional John Lowke, quien en una reciente investigación descubrió que detrás de esta particular forma en zigzag de los rayos está algo que se conoce como "moléculas de oxígeno en estado singlete delta".

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El investigador, que compartió sus hallazgos en The Conversation, plantea que los intensos campos eléctricos de las nubes de tormenta excitan a los electrones con energía suficiente para crear estas moléculas. Ellas, junto a los electrones, se acumulan para crear un escalón corto, altamente conductor, que se ilumina intensamente durante una millonésima de segundo.

"Al final del escalón, se produce una pausa mientras vuelve a producirse la acumulación, seguida de otro salto brillante y parpadeante. El proceso se repite una y otra vez", explica el físico quien además señala que ante el aumento de los fenómenos meteorológicos extremos hace que la protección contra el rayo sea cada vez más importante. De ahí la importancia de estudios como el suyo para conocer mejor cómo ocurren este tipo de fenómenos.

"Saber cómo se inicia un rayo significa que podemos encontrar la mejor manera de proteger edificios, aviones y personas. Además, aunque el uso de materiales compuestos respetuosos con el medio ambiente en los aviones está mejorando la eficiencia del combustible, estos materiales aumentan el riesgo de daños por rayos, por lo que tenemos que buscar una protección adicional", señala el profesor Lowke.

Según explica Lowke, los rayos se producen cuando nubes de tormenta con un potencial eléctrico de millones de voltios se conectan a la tierra. "Una corriente de miles de amperios fluye entre el suelo y el cielo, con una temperatura de decenas de miles de grados", detalla el físico.

De acuerdo con el investigador, las fotografías de relámpagos han revelado multitud de detalles que no se observan a simple vista. En este tipo de eventos suele haber cuatro o cinco "líderes" débiles que salen de la nube. Éstos están ramificados y zigzaguean en una trayectoria irregular hacia la tierra.

"El primero de estos líderes en alcanzar la tierra inicia el impacto del rayo", explica el profesor. A continuación, se extinguen los demás.

El experto señala que hace cincuenta años, la fotografía de alta velocidad reveló aún más complejidad sobre estos fenómenos. "Los líderes progresan hacia abajo desde la nube en "escalones" de unos 50 metros de longitud. Cada escalón se vuelve luminoso durante una millonésima de segundo, pero luego la oscuridad es casi total. Al cabo de otras 50 millonésimas de segundo se forma otro escalón, al final del escalón precedente, pero los escalones anteriores permanecen oscuros", dice el profesor en The Conversation.

Para entender por qué se forman dichos escalones o cómo pueden estar conectados eléctricamente a la nube sin una conexión visible, el físico plantea que hay que comprender qué ocurre cuando un electrón energético choca con una molécula de oxígeno.

"Si el electrón tiene suficiente energía, excita la molécula hasta el estado 'delta singlete'. Se trata de un estado "metaestable", lo que significa que no es perfectamente estable, pero no suele pasar a un estado de energía inferior hasta pasados unos 45 minutos", detalla Lowke.

En este estado delta singlete, el oxígeno desprende electrones (necesarios para que fluya la electricidad) de los iones de oxígeno negativos. "Estos iones son sustituidos casi inmediatamente por electrones (que llevan una carga negativa) que se adhieren de nuevo a las moléculas de oxígeno. Cuando más del 1 por ciento del oxígeno del aire se encuentra en estado metaestable, el aire puede conducir la electricidad.

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Por tanto, los escalones se producen cuando se crean suficientes estados metaestables como para desprender un número significativo de electrones. Durante la parte oscura de un escalón, la densidad de estados metaestables y electrones aumenta. Al cabo de 50 millonésimas de segundo, el escalón puede conducir la electricidad, y el potencial eléctrico en la punta del escalón aumenta hasta aproximadamente el de la nube, y produce un nuevo escalón, revelan los estudios de Lowke.

Las moléculas excitadas creadas en los pasos anteriores forman una columna que llega hasta la nube. "Toda la columna es entonces conductora de electricidad, sin necesidad de campo eléctrico y con escasa emisión de luz", explica el físico.

ALEJANDRA LÓPEZ P.

REDACCIÓN CIENCIA