El secreto sucio detrás de las centellas es la suciedad

El secreto sucio detrás de las centellas es la suciedad

El primer espectro de centellas muestra que comparte su química con el suelo.

Matthew Francis

22/01/2014

ball_lightning-640x422La imagen (esquina izquierda) y el espectro de un acontecimiento casual de centella en China, la primera vez que se ha realizado una medición de este tipo.

J. Cen, P. Yuan, and S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)

La centella es un fenómeno extraño. Las pocas personas afortunadas que han visto un incidente describen el relámpago como un objeto brillante aproximadamente esférico que viaja horizontalmente durante unos segundos antes de desaparecer. Sin embargo, mientras varios experimentos han reproducido algo parecido al fenómeno, el mecanismo físico detrás del relámpago es algo misterioso.

Ahora, un equipo de investigadores observó serendipícamente una centella en un momento en que tenían el equipo adecuado para estudiarlo. Jianyong Cen, Ping Yuan y Simin Xue estaban en el campo midiendo las propiedades del relámpago ordinario cuando tuvieron éxito en atrapar una centella con sus cámaras de alta velocidad y sus espectrógrafos. Ellos encontraron que la composición química del evento coincide con la del suelo. Eso apoya firmemente la hipótesis (propuesta hace casi quince años) de que las centellas son básicamente un terrón de tierra desalojado y calentado a la incandescencia por un ataque de rayo de nube a tierra.

Imágenes de alta velocidad de un rayo de bolas con su espectro medido.

El rayo ordinario se produce debido a la ionización y disociación de las moléculas en el aire (un proceso con el nombre impresionante de “ruptura dieléctrica”), que se produce durante una descarga eléctrica estática entre las nubes y el suelo. La centella es mucho más rara, hasta el punto donde algunos incluso han postulado que es en realidad una alucinación en lugar de un fenómeno meteorológico real. Como su nombre sugiere, aparece como una bola de luz esférica o esferoidal, de un centímetro a un metro de tamaño, y de diversos colores como púrpura, verde, blanco o naranja.

Al igual que un rayo normal, las centellas parecen ocurrir principalmente durante las tormentas eléctricas. Estos eventos persisten unos segundos, y las esferas viajan horizontalmente cerca del nivel del suelo.

Esa información proviene principalmente de los relatos de testigos oculares; la centella es bastante rara que ningunos científicos la han observado nunca en el campo mientras que tenían equipo para medir sus características. Al menos no hasta el verano de 2012, cuando los autores del nuevo paper estuvieron en la meseta de Qinghai en China durante una tormenta, tomando lecturas espectrales de un rayo de nube a tierra ordinario (NT).

Sólo unos minutos antes de la medianoche, las cámaras de video digitales de los investigadores recogieron un evento de centella, evidentemente procedente de la localización de un rayo. Al estimar la distancia al relámpago (incluyendo el método que muchos de nosotros aprendimos como niños: contando el tiempo entre el destello de la luz y el sonido del trueno), determinaron que la esfera tenía hasta 8 metros de diámetro en su mayor tamaño. También estimaron que su velocidad era de unos 8.6 metros por segundo (19 millas por hora). Todo el evento duró aproximadamente 1.12 segundos.

En su origen, el balón era de un blanco brillante de color violeta, pero luego se desvaneció a naranja y luego rojo antes de desaparecer. Analizando el espectro, los investigadores identificaron silicio, hierro y calcio, tres de los principales componentes químicos del suelo. (El aluminio es otro elemento común en el suelo, pero los autores señalaron que sus cámaras no fueron capaces de detectar las longitudes de onda apropiadas para identificarlo). Desafortunadamente, su equipo era insuficientemente sofisticado para medir la temperatura de la centella, pero basado en las propiedades de la incandescencia, era probable que entre 15,000 y 30,000 °C.

La firma química de las partículas del suelo en la centella presta el apoyo fuerte a una idea propuesta por J. Abrahamson y J. Dinniss en 2000. Observaron que los compuestos del silicio, calentados a temperaturas extremas, lanzaron bolas de fuego no distintas a las centellas. K. D. Stephan y N. Massey informaron que podrían reproducir al menos algunas de las propiedades informadas en las centellas produciendo esferas de silicio fundido.

Dada la imagen física de la observación de Qinghai y los experimentos, la hipótesis parece plausible. Un rayo de nube a tierra calienta un punto en el suelo a alta temperatura, expulsando un montón de partículas calientes del suelo, que brillan de la manera característica. Estas esferas se enfrian y se disipan durante un período de unos segundos, todo mientras se mueven rápidamente por el suelo. Si bien esta imagen puede no ser cierta para todas las centellas, es la primera explicación plausible y coherentemente un fenómeno extraño y raro.

Physical Review Letters, 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.035001  (About DOIs).

https://arstechnica.com/science/2014/01/the-dirty-secret-behind-ball-lightning-is-dirt/

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