¿Cómo se forman los rayos?

Seguro que alguna vez se ha preguntado cómo se forman los rayos. En 1752, el físico estadounidense Benjamin Franklin inició un estudio científico y físico de los fenómenos eléctricos atmosféricos. Durante una tormenta, lanzó una cometa con una llave atada a la cuerda: un rayo cayó sobre ella, demostrando que los relámpagos eran atraídos por cargas opuestas, algo parecido a lo que llevaba unos años experimentando en el laboratorio. Hoy, cuando la fulminología, la ciencia que estudia los rayos, ha avanzado tanto, conocemos la física que hay detrás de ellos. Nos asustan, nos asombran, pero ¿qué son en realidad?

Qué es un rayo y cómo se forma

El rayo es un fenómeno de descarga eléctrica, es decir, una corriente de partículas cargadas que se transfiere rápidamente entre dos regiones con cargas opuestas. Lo que llamamos "rayo" es, en realidad, la combinación de varios componentes: un plasma (el propio rayo), una señal sonora (el trueno), un resplandor difuso, una señal en frecuencias de radio y rayos X, y una señal magnética.

Cada año caen en la Tierra alrededor de 1,400 millones de rayos, entre 30 y 100 cada segundo. La mayoría ocurre en regiones tropicales, más cálidas y húmedas, con predilección por zonas donde la orografía favorece la formación de nubes. El récord mundial lo ostenta el lago de Maracaibo, en Venezuela, donde se registran hasta 230 rayos por kilómetro cuadrado cada año.

El rayo requiere solo unos pocos ingredientes. Necesita dos acumulaciones de partículas con carga opuesta, separadas por un medio con alta resistencia eléctrica, como el gas de la atmósfera terrestre, que es lo suficientemente denso como para crear una fuerte diferencia de potencial eléctrico entre ambas. Para que estas acumulaciones se formen, en las nubes pueden intervenir el graupel, pequeñas bolas de nieve que permanecen suspendidas en las corrientes de aire, y los cristales de hielo más ligeros, que son arrastrados hacia arriba. El roce entre ambos hace que los cristales se carguen positivamente. Así, la parte superior de la nube se carga positivamente, mientras que la inferior se carga negativamente. Existen diferentes tipos de rayos, y hay una distinción entre aquellos que conectan la nube con el suelo y los que se propagan únicamente dentro de la nube.

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La trayectoria de un rayo

El inicio de un rayo es la llamada "descarga piloto". Debido a la diferencia de potencial entre las dos acumulaciones de carga, se genera una corriente descendente de electrones libres. Su trayectoria se divide en etapas: segmentos de descarga de decenas de metros de longitud hasta llegar al suelo. Cada etapa puede producir ramificaciones secundarias, además de luz visible, rayos X, rayos gamma y señales de radio. El recorrido completo hasta el suelo, donde finalmente se produce la descarga, dura en promedio dos centésimas de segundo.

En el instante en que el rayo impacta en el suelo, la transferencia de cargas eléctricas es bastante violenta y repercute a lo largo de toda la descarga piloto hasta la nube. Esto se denomina "descarga de retorno" y es, en la mayoría de los casos, lo que vemos al observar un rayo a simple vista. En ese momento, la temperatura alcanza niveles muy altos, incluso 30 000 °C, y la atmósfera se expande rápidamente, generando una onda sonora que se propaga por el aire en lo que conocemos como trueno.

En la mayoría de los casos, se producen varias descargas consecutivas que repiten la trayectoria anterior. Esta es, en términos generales, la trayectoria estándar de un rayo, aunque aún existen muchos misterios en torno a diversos aspectos de la fulminología, una disciplina compleja debido a la dificultad de estudiar un fenómeno tan enérgico y multifacético.

Artículo publicado originalmente en WIRED Italia. Adaptado por Alondra Flores.