Los rayos cósmicos podrían desempeñar un papel en el desencadenamiento de los rayos en la Tierra, según sugiere un nuevo estudio.(Crédito de la imagen: Jan Drahokoupil / 500px / Getty Images)
Los rayos cósmicos podrían ofrecer una respuesta fuera de este mundo a un antiguo misterio sobre los relámpagos en la Tierra, según sugiere un nuevo estudio.
Las tormentas eléctricas son muy frecuentes; según la Oficina Meteorológica del Reino Unido, cada día caen en la Tierra 3 millones de rayos. Sin embargo, a pesar de su omnipresencia, los científicos no acaban de entender qué los desencadena. Ahora, un nuevo estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos sugiere que uno de los factores desencadenantes de los rayos podría tener un origen extraterrestre.
«La teoría original de la iniciación de los rayos se propuso en las décadas de 1960 y 1970», dijo Xuan-Min Shao, científico del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México y autor principal del nuevo estudio, publicado el 3 de marzo en la revista JGR Atmospheres. «Postulaba que los electrones se ionizan en el aire e inician lo que llamamos una descomposición térmica», explicó Shao a universeexpedition.com. «Pero ese proceso requeriría un campo eléctrico muy fuerte en la nube, y eso nunca se ha medido». De hecho, añadió Shao, el campo eléctrico más intenso jamás detectado en el interior de las nubes de tormenta era 10 veces más débil que el que se necesitaría para provocar un relámpago según esa teoría.
Para resolver el viejo enigma, Shao y sus colegas utilizaron un conjunto de antenas de radio para registrar la progresión precisa de las descargas de rayos en el espacio y el tiempo con una precisión y resolución sin precedentes. El conjunto consta de dos grupos de antenas, situadas a 11,5 kilómetros de distancia en Los Álamos, que permitieron al equipo crear una visión tridimensional de la trayectoria de cada rayo.
Los hallazgos presentados en el nuevo estudio se basan en observaciones de una sola tormenta el 30 de julio de 2022, que produjo más de 300 relámpagos. Además de la acumulación y trayectoria de los relámpagos, los investigadores midieron la polarización, o dirección, de la corriente eléctrica que componía el rayo y compararon estos dos conjuntos de datos.
«Comparamos la dirección de propagación de la señal del rayo a lo largo de varios cientos de metros y la comparamos con la dirección de la polarización de la chispa», dijo Shao. «Descubrimos que no estaba alineada. No estaba en la misma dirección que la propagación del rayo. Eso nos dio una indicación de que la chispa luminosa durante las primeras decenas de microsegundos no es impulsada por el campo eléctrico de la nube. Debe ser impulsada por algo más».
Ese algo más, Shao cree, son las lluvias de rayos cósmicos. Las lluvias de rayos cósmicos son cascadas de partículas de alta energía desencadenadas en la atmósfera por los rayos cósmicos – ráfagas de núcleos de hidrógeno cargados que zigzaguean por el universo a casi la velocidad de la luz. Los rayos cósmicos pueden proceder de supernovas lejanas, agujeros negros e incluso del Sol, y azotan constantemente la atmósfera superior de la Tierra. Cuando se fragmentan al interactuar con las moléculas de aire, producen cascadas de partículas exóticas como piones, muones, electrones de alta energía y sus homólogos de antimateria, conocidos como positrones.
«[Un] positrón es lo que llamamos antimateria», explica Shao. «Es lo mismo que [un] electrón, pero tiene carga positiva en lugar de negativa».
La presencia de positrones en las lluvias de rayos cósmicos podría explicar la discrepancia entre la dirección de las descargas de rayos y la de la corriente eléctrica en la chispa observada por el conjunto de Los Álamos, dijo.
Una tormenta eléctrica sobre el Océano Pacífico vista de noche desde la Estación Espacial Internacional. (Crédito de la imagen: NASA)
Shao y sus colegas no son los primeros en buscar una conexión entre los rayos y los rayos cósmicos. Sin embargo, las nuevas observaciones son significativas porque no se alinean con ninguna de las teorías anteriores, señaló Shao.
Los resultados son interesantes, pero aún queda mucho por hacer. Los rayos cósmicos azotan nuestro planeta constantemente, pero sus impactos son difíciles de detectar.
«Realmente nos gustaría tener observaciones directas simultáneas de los dos fenómenos: los rayos y las lluvias de rayos cósmicos», dijo Shao. «Pero eso va a ser muy difícil, porque los detectores de partículas que pueden detectar esas lluvias en tierra sólo pueden captarlas cuando vienen de una dirección determinada. Con los sistemas actuales, es posible que sólo podamos detectar una de cada mil.»
Por ahora, los investigadores intentarán replicar sus mediciones en un mayor número de tormentas y relámpagos. También buscarán posibles correlaciones entre el número de rayos y la fase del ciclo solar.
Los investigadores creen que durante la parte más activa del ciclo de 11 años del sol, conocida como máximo solar, llegan al planeta menos rayos cósmicos porque su campo magnético está reforzado por el azote constante del viento solar. Este campo magnético reforzado repele mejor los rayos cósmicos entrantes, lo que, en teoría, debería hacer que la atmósfera fuera menos propicia a la formación de rayos. Sin embargo, hasta ahora, los datos al respecto son escasos, dijo Shao.
«Es un problema muy difícil de abordar porque la velocidad de los rayos puede verse afectada por muchos otros factores», dijo Shao. «Necesitaríamos que la gente recopilara muchos datos sobre rayos en todo el mundo para ver este efecto, pero ahí también hay que descartar otros factores».
