Las estrellas que explotan ayudan a explicar las nubes de tormenta de la Tierra
23/4/2015 de Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) / Physical Review Letters
Animación: un protón de 1.5 eV evolucionando desde una altura de 20 km. Después de la simulación se muestran las trayectorias de las partículas durante 10 segundos, después de lo cual se repite la animación. El código de color es como sigue: rayos gamma en púrpura, electrones y positrones en amarillo, protones en azul, neutrones en cyan y piones en verde. El tamaño de cada partícula es proporcional a su energía. Crédito: CWI.
¿Cómo se originan los rayos en las nubes de tormenta? Esto es difícil de responder, ¿cómo medir campos eléctricos dentro de grandes nubes peligrosamente cargadas eléctricamente? Más o menos por casualidad se descubrió que los rayos cósmicos permiten medir los campos eléctricos del interior de las nubes de tormenta. Las medidas fueron realizadas con el radiotelescopio LOFAR instalado en los Países Bajos.
“Utilizamos medidas con LOFAR tomadas durante tormentas que habían sido descartadas. Eran demasiado ruidosas”, comenta el astrónomo Pim Schellart. Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que se producen en estrellas que explotan y otras fuentes astrofísicas. Bombardean continuamente la Tierra llegando desde el espacio. A gran altura de la atmósfera estas partículas chocan contra las moléculas atmosféricas y crean “cascadas” de partículas elementales. Estas cascadas pueden medirse también a través de la emisión en radio que se genera cuando sus partículas constituyentes son desviadas por el campo magnético de la Tierra. La emisión en radio también proporciona información sobre las partículas originales. Estas medidas son realizadas de forma rutinaria con LOFAR, pero no durante las tormentas.
Para analizar estos datos, los investigadores crearon un modelo que predice cómo el campo eléctrico en las tormentas puede explicar las distintas medidas. “Esto funcionó muy bien. Cómo cambia la emisión en radio nos proporciona mucha información acerca de los campos eléctricos en tormentas. Pudimos incluso determinar la intensidad del campo eléctrico a una cierta altura en la nube”, comenta Schellart.
Este campo puede ser tan intenso como 50 kV/m. Esto se traduce en un voltaje de cientos de millones de voltios a lo largo de una distancia de varios kilómetros: una nube de tormenta contiene cantidades enormes de energía.
Los rayos son un fenómeno natural altamente impredecible que inflige daños a infraestructuras y produce víctimas por todo el mundo. Este nuevo método para medir campos eléctricos en nubes de tormenta permitirá conocer mejor el fenómeno y mejorar las predicciones acerca de la actividad eléctrica en las tormentas. Los rayos cósmicos exploran las nubes de tormenta desde arriba hasta abajo. Desplazándose casi a la velocidad de la luz producen una “imagen” casi instantánea de los campos eléctricos en la nube.
