Primer espectro de centellas
17 de enero de 2014
Física 7, 5
Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning
Jianyong Cen, Ping Yuan, and Simin Xue
Phys. Rev. Lett. 112, 035001 (2014)
Published January 17, 2014
Los investigadores midieron el espectro de luz emitido por el raro y esquivo rayo globular.
J. Cen, P. Yuan y S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)
Un golpe de suerte. El espectro de un rayo nube-tierra y de la centella que generó. La centella es el punto blanco en el extremo izquierdo, y su espectro es la banda de colores ligeramente más brillante en la base del espectro principal del rayo, de forma irregular. (Ver video a continuación).
La centella ha sido uno de los fenómenos naturales más misteriosos durante siglos, en parte debido a su rareza y fugacidad, lo que dificulta su investigación. Sin embargo, una observación fortuita durante experimentos de campo en China para estudiar los rayos comunes, publicada en Physical Review Letters, ha proporcionado lo que parece ser la primera medición del espectro de emisión de la centella. Los datos sugieren que la esfera brillante estaba compuesta de elementos del suelo, lo que concuerda con una teoría popular.
Las centellas suelen aparecer durante las tormentas eléctricas como un resplandor, cuyo tamaño varía desde el de una pelota de golf hasta varios metros de diámetro, y que permanece suspendida en el aire entre uno y varias decenas de segundos. Existen numerosos informes históricos de estas «bolas de fuego» que han herido o incluso matado personas e incendiado edificios, y en ocasiones se les han atribuido explicaciones sobrenaturales.
Abundan las teorías científicas sobre las centellas, con distintos grados de plausibilidad. Se han creado bolas de plasma incandescentes artificialmente haciendo pasar microondas intensas a través del aire [1] o mediante descargas eléctricas subacuáticas [2]. Pero estos experimentos de laboratorio podrían no tener ninguna relación con la formación de centellas en el entorno natural, sobre el cual se sabe muy poco, ya que prácticamente no existen datos sólidos.
J. Cen, P. Yuan y S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)
[3]. Si esto es así, cabría esperar observar líneas de emisión atómica de silicio y otros elementos del suelo en el espectro.
Eso es lo que informan ahora Ping Yuan y sus colegas de la Universidad Normal del Noroeste en Lanzhou, China. Habían instalado espectrómetros en la remota meseta de Qinghai, en el noroeste de China, para investigar los rayos comunes, frecuentes en esta región. Durante una tormenta eléctrica nocturna en julio de 2012, observaron una centella justo después de que un rayo cayera a unos 900 metros de sus aparatos y lograron registrar un espectro y una grabación de video de alta velocidad del fenómeno.
El brillo registrado era aproximadamente 5 metros de diámetro —el tamaño real de la bola era mucho menor— y cambió de blanco a rojizo durante el segundo que duró. Aunque la oscuridad impidió a los investigadores estimar la altitud de la bola, la vieron desplazarse horizontalmente durante aproximadamente 
metros y ascender aproximadamente 
metros. Yuan afirma que esta es la primera vez que se observa una centella creada por un impacto de rayo de nube a tierra.
Los investigadores descubrieron que el espectro contenía varias líneas de emisión de silicio, hierro y calcio, elementos que se espera que sean abundantes en el suelo. También cabría esperar la presencia de aluminio, dada su abundancia en los minerales del suelo. Sin embargo, los investigadores no pudieron confirmarlo, ya que no existen líneas de emisión de átomos de aluminio neutro dentro del rango espectral de su instrumento (longitudes de onda de 400 a 1000 nanómetros). El equipo también utilizó los datos de video para graficar la intensidad y el diámetro aparente de la centella a medida que variaban en el tiempo, hasta la escala de los milisegundos.
«Creo que se trata de una observación única, probablemente de una centella, o de un tipo específico de rayo globular», afirma Martin Uman, especialista en rayos de la Universidad de Florida en Gainesville. «Muchos programas de investigación graban en video o fotografían rayos naturales y provocados de forma rutinaria», explica, «pero, que yo sepa, ninguno ha dado con una centella».
«Esta sin duda parece estar hecha de tierra», dice Uman, pero añade que los datos no revelan ninguna pista sobre cuál teoría de la centella es la correcta. Estas observaciones podrían, en última instancia, sugerir cómo crear centellas artificialmente, afirma Uman, y Yuan coincide. «Planeamos simular las condiciones de observación y reproducirlas en el laboratorio», declara Yuan.
–Philip Ball
Philip Ball es un escritor científico independiente que reside en Londres. Su próximo libro, una biografía de Niels Bohr, se publicará en otoño.
- Y. H. Ohtsuki and H. Ofuruton, “Plasma Fireballs Formed by Microwave Interference in Air,” Nature 350, 139 (1991)
- Y. Sakawa, K. Sugiyama, T. Tanabe, and R. More, “Fireball Generation in a Water Discharge,” J. Plasma Fusion Res. 1, 039 (2006)
- J. Abrahamson and J. Dinniss, “Ball Lightning Caused by Oxidation of Nanoparticle Networks from Normal Lightning Strikes on Soil,” Nature 403, 519 (2000)