Astrofísicos detectan por primera vez un rayo azul desde su génesis, que se propaga ascendiendo en la estratosfera

El interés científico por entender la generación y producción de descargas eléctricas en las nubes durante las tormentas ha supuesto, desde antaño, millones de observaciones desde bases en la Tierra. La separación de cargas eléctricas que se produce en el interior de una tormenta genera un movimiento ionizador de los componentes de la atmósfera, que da lugar a las potentes descargas que coloquialmente se conocen como ‘rayos’. Estos se desplazan unas veces entre nubes; otras, de la nube al suelo o viceversa.

Existe otra clase de sucesos más raros que aparecen como chorros muy azules e intensos que ascienden desde la nube hacia las partes más altas de la atmósfera. Son los llamados blue jets, blue glimpses y blue starters. Se originan a 10-15 km de altura desde las nubes, ascienden en la atmósfera y solo pueden ser observados desde el espacio.

El equipo de Víctor Reglero, catedrático de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València e investigador del Image Processing Laboratory (IPL) de la institución académica, junto a sus colegas daneses y noruegos, ha detectado y caracterizado totalmente un Rayo Azul, determinando su posición, duración, evolución y velocidad desde su origen en la capa superior de las nubes. Además, ha establecido la relación –al microsegundo– entre el rayo progenitor y su evolución en forma de luz ascendente. Nunca antes se había conseguido un resultado de estas características.

En febrero de 2019 y gracias a las imágenes obtenidas por el observatorio espacial Atmosphere Interactions Monitor (ASIM) –operativo en la ISS–, los investigadores observaron cinco erupciones muy violentas cerca de la isla de Nauru en el Pacífico Central, tanto en las dos cámaras como en los tres fotómetros de los que dispone ASIM. “Se trata de erupciones de plasma que se originan a 16 Km de altura desde la nube y parten, en cuestión de microsegundos, hacia las zonas más altas de la estratosfera”, comenta Víctor Reglero.

Según el artículo publicado ahora en Nature, la tercera de estas erupciones desprende un resultado todavía más singular. Con una duración de 20 microsegundos, una señal cien veces más intensa de lo habitual en el llamado fotómetro azul (337 nm) y nada en el fotómetro rojo (777 nm), los científicos deducen que la imagen tiene forma de cono y que su apertura va aumentando a medida que la emisión progresa en sus 196 microsegundos de duración y sube a la atmósfera hasta llegar a los 56 km de altura.

En paralelo, el trabajo analiza los rayos de dicha zona con datos de base tierra y establece la relación entre el inicio de un rayo y la violenta emisión azul detectada por los fotómetros. “Es la primera vez que podemos correlacionar un rayo progenitor con la emisión predominante en el azul y propagándose hacia las partes más altas de la atmósfera”, explica el astrofísico de la Universitat de València. “Ahora hay rayos que se propagan desde la nube al suelo, viceversa o entre nubes, y rayos azules que ascienden desde la nube a capas muy altas de la atmósfera. Esta es la novedad”, añade Reglero.

Este descubrimiento tiene impacto en el calentamiento de las zonas superiores de la atmósfera terrestre, así como en el Circuito Eléctrico Global (CEG). Según el modelo básico, la atmósfera de la Tierra –desde las nubes a 10 km hasta la ionosfera, a 100 km– es una especie de circuito eléctrico elemental donde los electrones libres de las nubes suben hasta la ionosfera y luego bajan, lentamente, hasta la superficie de la Tierra. “Esta visión idílica se perturba con la existencia de descargas muy intensas y violentas, como los blue glimpses, los blue starters y ahora los rayos azules”, comenta el científico. “Esto significa que el Circuito Eléctrico Global no es tan continuo como suponíamos, ya que tiene picos de descargas que afectan a la cantidad de electrones que se mueven en el mismo. Una tarea futura es evaluar la frecuencia de los rayos azules y su contribución a la carga total que se mueve en el CEG. Este es nuestro reto para los próximos años”, concluye.

El interés del propio descubrimiento, así como su impacto sobre las capes altas de la atmosfera y sobre el Circuito Terrestre Global (CTG), ha hecho que el artículo ocupe la portada del primer número de 2021 de la revista Nature. Se trata del segundo año consecutivo que el equipo de Reglero estrena año protagonizando, con su trabajo, una front cover de máximo prestigio internacional. En 2020, la revista Science dedicaba la primera portada del año a un trabajo sobre fenómenos atmosféricos violentos con coautoría de este astrofísico de la Universitat de València.

El equipo internacional está formado por investigadores del National Space Institute (Technical University of Denmark - DTU Space, Denmark), el Birkeland Centre for Space Science (Department of Physics and Technology University of Bergen, Norway) y el Image Processing Laboratory de la Universitat de València.