Todos conocemos los rayos que acompañan a las fuertes tormentas. Mientras que estos relámpagos se originan en las nubes de tormenta y golpean hacia abajo, existe un tipo mucho más elusivo que se forma más arriba en la atmósfera y se dispara hacia el espacio. Entonces, ¿qué posibilidades hay de que alguien tome fotografías de estos breves «eventos luminosos transitorios», raramente vistos, exactamente al mismo tiempo que un satélite orbita directamente por encima y que el evento deje su firma en los datos del satélite?
La probabilidad de que esto ocurra podría parecer bastante remota, pero, sorprendentemente, un observador del Instituto Checo de Física Atmosférica que también es un ávido «cazador de rayos» ha tomado fotografías de estos eventos luminosos transitorios que no sólo coinciden con las mediciones realizadas por la misión del satélite Swarm de la ESA, sino también con las grabaciones tomadas desde tierra.
Esta extraordinaria coincidencia a tres bandas está permitiendo conocer mejor cómo se propagan este tipo de rayos en el espacio. Además, estos nuevos hallazgos podrían mejorar los modelos científicos de la parte ionizada de la atmósfera superior de la Tierra: la ionosfera.
Los eventos luminosos transitorios son fenómenos ópticos que se producen a gran altura en la atmósfera y están relacionados con la actividad eléctrica de las tormentas subyacentes. Son muy breves, con una duración de menos de un milisegundo a dos segundos, y rara vez se ven desde el suelo. Por lo general, sólo se captan con equipos fotográficos sensibles y, dado que emiten una luz débil, las fotografías sólo pueden tomarse de noche.
Existen varios tipos de eventos luminosos transitorios, como los sprites, los chorros y los duendes, cada uno con sus propias características.
Los sprites, por ejemplo, son grandes descargas eléctricas que se producen a una altura de unos 50-90 km, por encima de grandes sistemas de tormentas. Aparecen como grandes pero débiles destellos de color rojo y suelen ocurrir al mismo tiempo que los relámpagos que van de la nube al suelo que todos conocemos.
Los científicos llevan mucho tiempo interesados en saber si los rayos que se propagan a mayor altura en la ionosfera pueden causar fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra. La ionosfera es una parte muy activa de la atmósfera, que responde a la energía que absorbe del Sol. Los gases de la ionosfera son excitados por la radiación solar para formar iones, que tienen carga eléctrica.
Un artículo, publicado recientemente en Geophysical Research Letters, describe cómo los científicos de los centros de investigación de Polonia utilizaron los datos del campo magnético de la constelación de satélites Swarm de la ESA, las observaciones de los relámpagos del Geostationary Lightning Mapper y del World Extremely Low Frequency Radiolocation Array (WERA), con base en tierra, para proporcionar pruebas de los vínculos entre los eventos luminosos transitorios y las fluctuaciones del campo magnético en la ionosfera superior.
Ewa Slominska, de una pequeña empresa que coopera con el Centro de Investigación Espacial de Polonia, explicó: «Los rayos pueden generar fluctuaciones de frecuencia ultrabaja que se filtran a la ionosfera superior. Esto significa que algunos rayos son tan potentes que desencadenan perturbaciones en el campo magnético de la Tierra y se propagan cientos de kilómetros hacia arriba desde la tormenta, alcanzando la altitud de la órbita de Swarm.
«Aunque el objetivo principal de Swarm es medir los cambios lentos en el campo magnético, es evidente que la misión también puede detectar fluctuaciones rápidas en el campo. Sin embargo, Swarm sólo puede hacerlo si uno de los satélites está cerca de la tormenta eléctrica activa y si los rayos son lo suficientemente fuertes».
Janusz Mlynarczyk, de la Universidad de Ciencia y Tecnología AGH de Cracovia, añadió: «Utilizando las tres estaciones del sistema WERA, somos capaces de localizar potentes descargas atmosféricas que se producen en cualquier lugar de la Tierra y reconstruir sus parámetros físicos más importantes. Esto es posible gracias a la bajísima atenuación de las ondas electromagnéticas de frecuencia extremadamente baja (ELF) que generan estas descargas.
«Las potentes ondas ELF pueden incluso propagarse alrededor del mundo unas cuantas veces y seguir siendo visibles en nuestras grabaciones. Entre estas potentes fuentes se encuentran las descargas asociadas a los sprites. La energía electrostática acumulada liberada y observada por Swarm fue cercana a los 120 GJ, lo que equivale a la energía liberada en la detonación de 29 toneladas de TNT.
«Aunque sabemos que todo rayo transporta mucha energía, está claro que esta clase de rayos es mucho más potente. Un solo rayo ordinario, que es invisible para los instrumentos de Swarm, lleva suficiente energía para cargar 20 coches eléctricos, pero la energía producida por un evento luminoso transitorio sería suficiente para cargar más de 800 vehículos.»
Un aspecto destacable de todo esto es que uno de los miembros del equipo científico, Martin Popek, es un apasionado de la captura de sprites, chorros y duendes en cámara. Sus fotografías están resultando muy valiosas para la investigación del equipo, ya que han coincidido con las mediciones realizadas por Swarm y por el conjunto terrestre.
El científico de la misión Swarm de la ESA, Roger Haagmans, comentó: «Es asombroso que Martin consiga captar con la cámara eventos tan fugaces, pero lo realmente notable es que su dedicación a este tipo de fotografía ha coincidido con las mediciones de nuestra misión Swarm. Sus fotos añaden otra dimensión a la investigación y, sin duda, estamos cosechando los beneficios de su compromiso de estar al aire libre en el frío y la oscuridad».
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