Contaban los antiguos que los rayos son un arma; o una manifestación; o un dios mismo. En cualquiera de los casos, esto muestra la fascinación que este fenómeno natural ha causado desde siempre en nuestra forma de ver la naturaleza. Si nuestros ancestros hubieran podido ver un rayo a 7000 fps, tal y como lo hacemos nosotros a día de hoy, su fascinación no se habría reducido ni un ápice. Y es que, realmente, existen pocos fenómenos tan poderosos y llamativos como este. Así es como se ve una tormenta eléctrica a cámara lenta; y estas son las razones por las que ocurren.
Desatando la tormenta
Comencemos por el principio. Hace un día soleado y brillante, ligeramente ventoso. Un buen día, como diría algún amigo. De pronto aparece una enorme nube de color oscuro y amenazante. Se desplaza bastante rápido. "¿De dónde ha salido?" piensas. Pero ya da lo mismo, de pronto, la nube está encima. Es mucho más grande de lo que parecía y lo cubre todo con un tono gris plomo. EL viento deja de soplar y se nota la tensión alrededor. Las primeras gotas, muy grandes, comienzan a golpear con furia la tierra. Y de pronto ocurre. Un chispazo. Y tras unos segundos, un rugido monumental e inquietante. Pero ese es solo el primero de muchos. LA tormenta está encima. ¿Qué ha ocurrido?
Vamos a saltarnos la parte meteorológica que explica por qué apareció la nube y como llegó hasta aquí. Nos encontramos con un cumulonimbo sobre nuestras cabezas. Estos gigantes del cielo suelen traer tormenta. Son enormes nubes que pueden extenderse hasta veinte kilómetros hacia arriba. Pero lo que nos importa es el apartado "eléctrico". Aunque conocemos muchísimo sobre los rayos y las tormentas eléctricas, todavía existen misterios al respecto, así como un encarnizado debate sobre el origen y la formación de los rayos.
Llega un punto en el que la electricidad estática se acumula en la base de la nube en forma de carga negativa
Existen varios mecanismos propuestos para la formación de un fenómeno esencial en la aparición del rayo: la diferencia de potencial. En un momento dado, las cargas negativas y positivas de las partículas de la nube (esencialmente agua) se separan. Esto puede deberse a que las gotitas arranquen y arrastren electrones a su paso (como cuando frotamos un bolígrafo contra un suéter de poliéster), a cargas generadas por el viento solar u a otros fenómenos propiciados por microcristales de hielo. Todavía no está claro. Lo que sí lo está es que llega un punto en el que la electricidad estática se acumula en la base de la nube en forma de carga negativa. A su vez, la carga de la Tierra es positiva ya que se induce por la enorme carga negativa acumulándose en la nube. Ya tenemos el escenario perfecto para el rayo.
Anatomía de un rayo a 7000 fps
Veamos como descarga un rayo a 7000 fps. Se estima que la velocidad del rayo es de unos 200.000 Km/h. Esta es a la velocidad a la que se mueve la carga electrostática en dirección al suelo. La electricidad estática acumulada salta de pronto como consecuencia del gran potencial acumulado. Se produce entonces lo que se denomina como pulso eléctrico. La electricidad ioniza el aire a su frenético paso, formando un canal hacia el suelo. La electricidad siempre busca el paso más corto hacia su destino. Así, cualquier mínima variación en el canal formado desencadena otras ramas, giros y movimientos de las cargas que van buscando el suelo u otro punto con carga positiva. A su paso, el aire ionizado se calienta muchísimo. El canal del rayo es en realidad un plasma, una "sopa molecular" muy caliente y luminoso.
La onda de choque provocada por el movimiento del aire caliente es a la que le debemos el rugido del rayo. El aire caliente que se expande rapidisimamente genera el sonido abrumador al volver a contraerse. Al fin y al cabo, el sonido solo es "aire en movimiento". La carga positiva en tierra ha estado siguiendo muy de cerca la carga negativa que estaba llegando al suelo. De pronto, el rayo alcanza el el suelo. Súbitamente aparece un destello aun más potente que todo lo observado. ¿Qué acaba de pasar? Es lo que se conoce como impacto de retorno. Esto se debe a que el canal de aire ionizado ya se ha creado desde la nube hasta la tierra. Esta es la vía de menor resistencia para el paso de la electricidad. Así, por el mismo canal sube una nueva descarga, mucho mayor y rápida, desde tierra.
El gran destello que aparece se debe al impacto de retorno
Esta tiene más energía y, por tanto, se ve mucho más iluminada. Es el gran destello que percibimos. Y una vez "equilibradas" las cargas, en cuestión de fracciones de segundo el rayo desaparece. Se estima que un rayo puede generar una potencia instantánea de un gigavatio, algo comparable a una explosión nuclear. La longitud promedio de los rayos es de unos 1.500 metros aunque el rayo más largo jamás medido alcanzó nada menos que los 190 km de longitud. Esto es posible ya que, al fin y al cabo, es un canal de cargas eléctricas que conecta dos puntos de diferente potencial. Esto es importante entenderlo porque los rayos no siempre tocan el suelo. No. A veces la diferencia de potencial (creada por la diferencia de cargas) se genera entre distintos puntos de la nube, por ejemplo. Es el caso de los rayos inter-nube. O, incluso, se puede dar un rayo de tierra nube. Todo depende de las cargas existentes y su situación.