Ciencia hoy

Destellos luminosos desde las alturas

  • El enigmático mundo de los Eventos Luminosos Transitorios, causados por la actividad eléctrica de una tormenta

En la noche del 5 al 6 de julio de 1989, un grupo de investigadores de la Universidad de Minnesota (EEUU), dirigidos por John R. Winckler, probaba una cámara que iba a ser instalada en un cohete para estudiar la atmósfera. Por azar apuntaron la cámara hacia un fragmento claro del cielo sin dar importancia a que bajo él, en el horizonte, se vislumbraban las nubes de una tormenta cientos de kilómetros al norte. Dos fotogramas de su grabación (ver imágenes) iniciaron una línea de investigación que ha cambiado nuestra visión de la mesosfera, la capa de la atmósfera situada entre 50 y 100 kilómetros de altura. Antes tenida por una capa más bien inerte y carente de fenómenos físicos relevantes, la mesosfera ha pasado a ser vista como el territorio en el que habita una multitud de seres emparentados con los rayos de una tormenta. Estos fenómenos se conocen genéricamente con el nombre de Eventos Luminosos Transitorios (TLEs, según sus siglas inglesas) y consisten en breves emisiones luminosas en la alta atmósfera causadas por la actividad eléctrica de una tormenta.

Lo que Winckler y sus colaboradores observaron fue un espécimen de la especie más común de TLEs: los sprites. Se trata de descargas eléctricas que duran unas centésimas de segundo, se extienden desde los cuarenta hasta casi cien kilómetros sobre el suelo y tienen unas decenas de kilómetros de grosor. Los sprites se inician por la carga eléctrica que permanece en una nube de tormenta tras una descarga intensa entre la nube y el suelo, y se trata de un fenómeno algo complejo. Fijémonos por ejemplo en su estructura: la parte superior del sprite, a partir de unos ochenta o noventa kilómetros, es una descarga difusa pero su parte inferior presenta 'tentáculos', o decenas de filamentos de entre diez y cien metros de grosor. Técnicamente, esos tentáculos se conocen como streamers, y son delgados filamentos de gas ionizado (plasma) que suelen preceder a las descargas eléctricas. Un gas ionizado es un buen conductor de la electricidad y es sabido que un conductor acabado en punta acrecienta el campo eléctrico en torno a esta. Este es el truco que los streamers emplean para, una vez iniciados, propagarse en campos eléctricos no muy altos: solo necesitan un campo alto en el volumen cercano a su punta, en el que los electrones se multiplican generando nueva ionización y contribuyendo al avance del streamer.

Familia numerosa

La familia de los TLEs no se reduce a los sprites. En los últimos años los investigadores han descubierto una multitud de fenómenos luminosos en la alta atmósfera asociados con tormentas.

Los TLEs del tipo Halo en ciertas ocasiones se han visto coincidir con la aparición de Sprites. Los Halos tienen un aspecto difuso, suelen aparecer entre setenta y cinco y ochenta kilómetros de altura y pueden alcanzar una anchura cercana a los cincuenta kilómetros y una duración entre uno y diez milisegundos. Los Elves son otro tipo de TLE con estructura en forma de donut de aspecto difuso que han sido observados entre noventa y cien kilómetros de altura con anchuras de entre los cien y los trescientos kilómetros. Los Elves se caracterizan por su expansión lateral y destacan por ser el tipo de TLE de más corta duración (entre uno y cinco milisegundos). A diferencia de los Sprites, Halos y Elves, los TLEs más observados hasta la fecha, los Blue Jets y Giant Blue Jets son, a pesar de su larga duración (varios cientos de milisegundos), los tipos de TLE menos observados. Tanto los Blue Jets como los Giant Blue Jets se caracterizan por originarse justo encima de grandes nubes de tormenta (a unos diez kilómetros de altura), por tener un aspecto filamentoso y por su característico movimiento ascendente hasta los treinta o cuarenta kilómetros de altura en el caso de los Blue Jets, y hasta los setenta kilómetros en los Giant Blue Jets.

¿Por qué investigarlos?

Los TLEs son bellos fenómenos y se suele hablar de ellos como de 'fuegos artificiales'. Pero no es sólo su valor estético lo que interesa a los investigadores. El primer atributo que hace interesantes a los TLEs es el espacio en el que habitan. Como hemos mencionado antes, la mesosfera recibía hace años escasa atención de los geofísicos. Es difícil investigar un rango de alturas en el que la atmósfera es demasiado tenue para sostener un globo sonda pero demasiado espesa para que orbite un satélite. Es por eso que, hasta el descubrimiento de Winckler en 1989, pocos habían prestado atención a la mesosfera, a la que aún hoy muchos llaman 'ignorosfera'. Los TLEs son un regalo de la naturaleza a los investigadores: cada vez que se produce un TLE, este nos revela algo sobre la mesosfera mediante emisiones luminosas que podemos observar desde tierra o desde satélites a gran altura.

Algunos investigadores han postulado que los TLEs existen también en otros mundos del Sistema Solar como Júpiter, Saturno, Venus y Titán, en los que ya sabemos que hay tormentas eléctricas. En tal caso la detección de TLEs podría convertirse en una herramienta fundamental para el estudio de atmósferas extraterrestres.

Otro asunto de interés para los científicos es el papel que juegan los TLEs en el llamado circuito eléctrico global. Puesto que los rayos con polaridad negativa son más frecuentes y las gotas de lluvia arrastran una ligera carga negativa, las tormentas transfieren una carga negativa al suelo. El equilibrio eléctrico se mantiene porque la Tierra se descarga en las áreas despejadas gracias a la corriente creada por un pequeño campo eléctrico entre el suelo y la ionosfera, a unos cien kilómetros de altura. El tramo que falta para cerrar el circuito es el que separa la ionosfera de las nubes tormentosas, generalmente a menos de diez kilómetros de altura. Puesto que justamente ahí es donde habitan nuestros TLEs, estos juegan un relevante papel en el circuito global.

Finalmente, una de las líneas de investigación hoy abiertas sobre los TLE es el estudio de la posible influencia de los TLEs sobre la composición química de la alta atmósfera. En este sentido, resulta de especial interés investigar cómo afectan los TLEs a las concentraciones de óxidos de nitrógeno y otros compuestos que juegan un papel relevante en los ciclos catalíticos que afectan a la concentración de ozono en la estratosfera.

El futuro de los TLEs

Recientemente se han cumplido veinte años de aquellas primeras observaciones de TLEs realizadas por Winckler y su equipo. En este tiempo hemos aprendido mucho sobre la naturaleza de estos fenómenos y, gracias a ello, entendemos mejor la física de las capas altas de la atmósfera.

Dado que estas dos décadas han estado repletas de sorpresas, es difícil prever qué traerá el futuro. Sin embargo, dada la multitud de interrogantes abiertos y la próxima puesta en marcha de varios observatorios espaciales, sí anticipamos que los TLEs seguirán dando que hablar al menos otros veinte años.

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