Nuevas observaciones realizadas desde un avión espía U2 modificado revelan una sorprendente cantidad y variedad de rayos gamma producidos en grandes tormentas tropicales. Los satélites de la NASA fueron diseñados originalmente para detectar partículas de alta energía en el universo, pero descubrieron accidentalmente explosiones de rayos gamma originadas en tormentas eléctricas en la Tierra. Investigaciones posteriores realizadas por la NASA utilizando el avión espía U2 descubrieron que estos rayos gamma son comunes en las tormentas eléctricas, se manifiestan de diversas formas y están relacionados con la actividad eléctrica de las tormentas. El descubrimiento revela un proceso dinámico complejo que involucra electrones de alta velocidad y reacciones nucleares que también pueden influir en la formación de rayos.
En la década de 1990, los satélites de la NASA construidos para detectar partículas de alta energía de supernovas y otros cuerpos celestes descubrieron una sorpresa: explosiones de rayos gamma de alta energía procedentes de la Tierra.
Si bien los investigadores no tardaron mucho en descubrir que estas partículas radiactivas supercargadas provenían de tormentas eléctricas, sigue siendo un misterio cómo ocurre este fenómeno con tanta frecuencia. Los satélites no están diseñados para detectar radiación gamma procedente de la Tierra; tienen que estar en el lugar correcto en el momento correcto para detectar la radiación gamma.
Después de años de utilizar plataformas no ideales para la tarea, un grupo de científicos tuvo ahora la oportunidad de volar un avión espía U2 modificado propiedad de la NASA sobre la tormenta para observarla adecuadamente. En dos nuevos artículos publicados el 3 de octubre en Nature, el equipo descubrió que los rayos gamma producidos en las tormentas son mucho más comunes de lo que se pensaba, y que la dinámica que produce la radiación encierra misterios aún sin resolver.
"En las tormentas suceden muchas más cosas de las que pensábamos", dijo Steve Cummer, profesor distinguido de ingeniería William H. Young en la Universidad de Duke. "Resulta que esencialmente todas las grandes tormentas producen rayos gamma en muchas formas diferentes a lo largo del día".
La física general detrás de cómo las tormentas producen destellos de rayos gamma de alta energía no es misteriosa. Cuando ocurren tormentas eléctricas, las corrientes de aire arremolinadas arrastran gotas de agua, granizo y hielo a la mezcla, creando una carga eléctrica como un globo rozando tu camisa. Las partículas cargadas positivamente terminan en la parte superior de la tormenta, mientras que las partículas cargadas negativamente caen al fondo, creando un campo eléctrico masivo con la fuerza de 100 millones de baterías AA apiladas de un extremo a otro.
Cuando otras partículas cargadas, como los electrones, se encuentran en un campo eléctrico tan fuerte, se aceleran. Si aceleran a una velocidad lo suficientemente alta y golpean moléculas de aire, eliminarán más electrones de alta energía. Este proceso avanza paso a paso hasta que la energía generada por la colisión es suficiente para provocar una reacción nuclear, produciendo rayos gamma extremadamente fuertes y rápidos, antimateria y otras formas de radiación.
Pero ese no es el final de la historia sobre la radiación gamma de las tormentas. Los aviones que vuelan cerca de tormentas eléctricas también han visto débiles resplandores de radiación gamma en las nubes. Estas tormentas parecen tener energía suficiente para producir radiación gamma a baja altitud, pero algo les impide producir explosiones como granos de maíz reventados.
"Varios aviones han intentado descubrir si estos fenómenos son comunes, pero han obtenido resultados mixtos, y varios vuelos sobre Estados Unidos no han detectado ninguna radiación gamma", dijo Cuomo. "Este proyecto está diseñado para abordar estos problemas de una vez por todas".
El equipo de investigación obtuvo acceso al avión científico aerotransportado de gran altitud ER-2 de la NASA. Un avión espía U2 modificado que quedó de la Guerra Fría, vuela dos veces más alto que un avión comercial y aproximadamente tres millas por encima de la mayoría de las tormentas. También es muy rápido, lo que le brinda al equipo la oportunidad de seleccionar con precisión las tormentas eléctricas que creen que tienen más probabilidades de producir resultados.
"El avión ER-2 será la plataforma definitiva para observar los rayos gamma en las nubes de tormenta", afirmó Nikolai Østgaard, profesor de física espacial en la Universidad de Bergen en Noruega e investigador principal del proyecto. "Volando a una altitud de 20 kilómetros (12,4 millas), podemos volar directamente sobre las cimas de las nubes y acercarnos lo más posible a la fuente de rayos gamma".
Dado que ER-2 era la solución perfecta y el equipo volaría sobre tormentas adecuadas, los investigadores pensaron que verían pocos o ninguno de los fenómenos si fueran raros. Pero si estos fenómenos son comunes, se verán mucho.
En el transcurso de un mes, ER-2 sobrevoló 10 veces grandes tormentas en el sur tropical de Florida. En nueve de esas ocasiones observó esta radiación gamma simulada, que además era más dinámica de lo esperado.
Martino Marisaldi, profesor del Departamento de Física y Tecnología de la Universidad de Bergen, dijo: "La dinámica de las nubes de tormenta de luminiscencia de rayos gamma es completamente opuesta a imágenes anteriores de luminiscencia cuasiestática, y se parecen más a una olla gigante de luminiscencia de rayos gamma en patrón y comportamiento".
Teniendo en cuenta que las tormentas típicas en los trópicos son mucho más grandes que las de otras latitudes, esto sugiere que más de la mitad de las tormentas en los trópicos son radiactivas. Los investigadores especulan que la producción de esta radiación gamma de bajo nivel actúa como vapor hirviendo en una olla con agua, limitando la acumulación de energía en su interior.
Igualmente emocionante para los investigadores fue que también descubrieron muchas explosiones cortas e intensas de rayos gamma originadas en la misma tormenta. Algunos de ellos son muy similares a los estallidos de rayos gamma detectados originalmente por los satélites de la NASA. Estos fenómenos casi siempre ocurren simultáneamente con descargas activas de rayos. Esto sugiere que los grandes campos eléctricos generados por los rayos probablemente sobrealimentan los electrones ya energéticos, permitiéndoles producir reacciones nucleares de alta energía.
Pero hay al menos otros dos tipos de estallidos cortos de rayos gamma que nunca antes se habían visto. Uno fue increíblemente corto, menos de una milésima de segundo, mientras que el otro fue una serie de aproximadamente 10 estallidos separados de rayos gamma que se repitieron durante aproximadamente una décima de segundo.
"Estas dos nuevas formas de radiación gamma son las que encuentro más interesantes", dijo Cuomo. No parecen estar relacionados con el desarrollo de los rayos. Aparecen espontáneamente de alguna manera. Los datos sugieren que en realidad pueden estar relacionados con el proceso que desencadena los rayos, lo que sigue siendo un misterio para los científicos. "
Si alguien está preocupado por toda esta radiación gamma que lo convierta en Hulk, no lo esté. La cantidad de radiación producida sólo es peligrosa si una persona u objeto se encuentra muy cerca de la fuente. "Si se encuentra allí, la radiación será la menor de sus preocupaciones. Los aviones evitarán volar en el centro de tormentas activas debido a las turbulencias extremas y los fuertes vientos", dijo Cuomo. "Incluso sabiendo lo que sabemos ahora, no me preocuparía más volar que antes".
Compilado de /scitechdaily