Los rayos siempre han estado envueltos en misterio. Sin embargo, conforme nuestra comprensión de estos ha ido aumentando nuevas dudas han ido surgiendo. Una de ellas tenía que ver con cómo los rayos se propagan, por qué zigzaguean y cómo se enlazan con la nube que los causa. Ahora una pareja de físicos australianos ha descubierto el porqué.
Un misterio de medio siglo. Durante las últimas décadas, la explicación de dos fenómenos relacionados con los rayos permanecía elusiva para los físicos que los estudiaban. La primera de las incógnitas tenía que ver con la forma de los rayos. Por qué adquirían la estructura zigzagueante y escalonada tan propia de estos.
La segunda tenía que ver con el motivo por el cual los rayos son oscuros en la primera parte de su recorrido, es decir, por qué existe una “zona oscura” entre el lugar donde se gesta el rayo y la base en la que comienza a iluminarse. Esta zona puede llegar a medir kilómetros.
“Existen algunos libros de texto sobre rayos, pero ninguno ha explicado cómo se forman los zigzags (llamados escalones), por qué la columna conductora de electricidad que conecta los escalones con la nube permanece oscura y cómo el rayo puede viajar a lo largo de kilómetros." explicaba en una nota de prensa John Lowke, uno de los autores del estudio.
La culpa: de unas moléculas. Concretamente, unas moléculas llamadas moléculas de oxígeno metaestable singlete-delta. Se trata de moléculas formadas por dos átomos de oxígeno, semejantes en ese sentido a las que respiramos, aunque se trate de un estado cuántico específico (singlete) y estables localmente (o metaestables).
En un rayo, la carga eléctrica en forma de electrones golpea moléculas de oxígeno convirtiéndolas en estas moléculas oxígeno metaestable singlete de alta energía. Estos choques son los que crean los pequeños arcos eléctricos que conforman cada uno de los “escalones” que conforman los rayos.
Los rayos van excitando las moléculas y el “fogonazo” de cada escalón no se produce hasta que la densidad de moléculas excitadas es suficiente, según explican los autores en el artículo publicado en la revista Journal of Physics D: Applied Physics.
Cuestión de seguridad. Según los autores, esto nos puede ayudar a protegernos mejor de estos fenómenos atmosféricos. La probabilidad de que nos caiga un rayo encima es tan pequeña que se ha convertido en un símil habitual para hablar de lo improbable. Según datos de la aseguradora estadounidense Erie, la probabilidad de que nos caiga un rayo encima a lo largo de un año es algo menor de una entre 1,2 millones.
Sin embargo si hablamos de edificios la cosa cambia. El Empire State Building de Nueva York recibe una media de 26 impactos de rayos cada año. Y no solo se trata de rascacielos, algunos edificios de relevancia arquitectónica como muchas iglesias también pueden enfrentarse a estos problemas, por no hablar de los aviones.
Hoy por hoy el mejor sistema con el que contamos es un simple pararrayos. Básicamente una vara de metal conductor adosada a la parte más alta del edificio (aunque no necesariamente) y conectada al suelo. Esta estructura atrae a los rayos, ofreciéndoles un “camino sencillo” hasta su destino: el suelo. Reconduciendo los rayos se evita que estos causen daños a infraestructuras o personas.
Mejora constante. El pararrayos es un invento con más de dos siglos que apenas ha recibido mejoras. Entender mejor los rayos podría servirnos para crear sistemas de protección más eficientes a la hora de protegernos a nosotros mismos y a nuestro patrimonio.
Un ejemplo del importante coste de estos fenómenos es el del dinero que anualmente tienen que pagar las aseguradoras para cubrir sus daños. En estados Unidos, por ejemplo, el coste alcanzó los mil millones de dólares en 2008 y de nuevo en 2010.
Los rayos podrían causar, además, unas 6.000 muertes al año, según un estudio publicado en 2016 en la revista Weather, Climate and Society.
Un futuro no tan claro. Habrá que esperar sin embargo para que nuestros últimos descubrimientos relacionados con estos fenómenos se transformen en mecanismos que sirvan para protegernos. Pero la necesidad es importante. Por una parte porque, con 8.000 millones de humanos sobre la Tierra, el espacio habitado crece constantemente, tanto en horizontal como en vertical.
Esto implica que cada vez estamos más expuestos a fenómenos como éste. Y todo sin tener en cuenta los posibles efectos del cambio climático sobre los rayos. Si bien sabemos que las precipitaciones pasarán a ser más irregulares, el efecto sobre las tormentas eléctricas es incierto. En cualquier caso, cualquier mejora en nuestra seguridad será bienvenida.
Imagen | Rahul Viswanath
