La Misión Fermi de la NASA muestra un análisis más profundo de rayos gamma de las tormentas

Mediante la fusión de registros de eventos detectados por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA con los datos de los detectores de radar y de rayos terrestres, los científicos han completado el análisis más detallado hasta la fecha de los tipos de tormentas eléctricas involucradas.

"Sorprendentemente, hemos encontrado que cualquier tormenta puede producir rayos gamma, incluso aquellas que parecen ser tan débiles a un meteorólogo que no las miraría dos veces a ellas", dijo Themis Chronis, quien dirigió la investigación en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH ).

Una nueva investigación fusiona datos de Fermi con la información de las redes de radares y de rayos terrestres y muestra que los destellos de rayos gamma terrestres surgen de una inesperada diversidad de tormentas y pueden ser más comunes de lo que pensaba en ese momento.

Crédito de la imagen: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Las irrupciones, llamados destellos de rayos gamma terrestres (TGF), fueron descubiertos en 1992 por el Observatorio Compton de Rayos Gamma de la NASA, que funcionó hasta 2000. Los TGFs se producen de manera imprevisible y fugazmente, con una duración de menos de una milésima de segundo, y siguen siendo poco conocidos.

A finales de 2012, los científicos de Fermi emplearon nuevas técnicas que actualizaron eficazmente rayos gamma del satélite Burst Monitor (GBM), por lo que es 10 veces más sensibles a los TGF y que le permite grabar los eventos débiles que se pasaron por alto antes.

"Como resultado, nuestra tasa de descubrimientos han mejorado, hemos sido capaces de demostrar que la mayoría de los TGF también generan fuertes ráfagas de ondas de radio, como los producidos por un rayo", dijo Michael Briggs, director adjunto del Center for Space Plasma and Aeronomic Research at UAH y un miembro del equipo de GBM.

Anteriormente, las posiciones de los TGF podrían estimarse más o menos basadas en la ubicación de Fermi en el momento del evento. El GBM puede detectar destellos dentro de unas 500 millas (800 kilómetros), pero esto es demasiado impreciso para asociar definitivamente un TGF con una tormenta específica.

Redes de rayos terrestres utilizan los datos de radio para precisar lugares de impacto. El descubrimiento de señales similares de los TGFs significó que los científicos podrían utilizar las redes para determinar que tormentas producen destellos de rayos gamma, abriendo la puerta a una comprensión más profunda de la meteorología que alimenta estos eventos extremos.

Chronis, Briggs y sus colegas buscaban entre los 2279 TGFs detectados por GBM de Fermi para obtener una muestra de cerca de 900 eventos localizados con precisión por el Total Lightning Network operado por Earth Networks en Germantown, Maryland, y la ubicación de red Mundial Relámpago, una colaboración de investigación de la Universidad de Washington en Seattle. Estos sistemas pueden determinar la ubicación de las descargas de los rayos - y las correspondientes señales de TGF - a una resolución de 6 millas (10 km) en cualquier parte del mundo.

De este grupo, el equipo identificó 24 TGFs que ocurrieron dentro de las áreas cubiertas por la red de radares del NWS americano (NEXRAD) situados en Florida, Louisiana, Texas, Puerto Rico y Guam. En ocho de estas tormentas, los investigadores obtuvieron información adicional sobre las condiciones atmosféricas a través de los datos del sensor recogidos por el Departamento de Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Wyoming en Laramie.

"En total, este estudio es la nuestra mejor observada de tormentas que producen TGF, y demuestra de manera convincente que la intensidad de la tormenta no es la clave", dijo Chronis, que presentó los resultados en una charla en la reunión de la Unión Geofísica Americana en San Francisco. Un artículo que describe la investigación ha sido enviado al Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana.

Los científicos sospechan que los TGF surgen de fuertes campos eléctricos cerca de la parte superior de tormentas eléctricas. Corrientes ascendentes y descendentes dentro de las tormentas fuerzan a la lluvia, la nieve y el hielo a chocar y adquirir carga eléctrica. Por lo general, la carga positiva se acumula en la parte superior de la tormenta y la carga negativa se acumula en la parte baja. Cuando el campo eléctrico de la tormenta llega a ser tan fuerte que rompe las propiedades aislantes de aire, se produce una descarga.

Bajo las condiciones adecuadas, la parte superior de una descarga intranube altera el campo eléctrico de la tormenta de tal manera que una avalancha de electrones en oleada salen hacia arriba a gran velocidad. Cuando estos electrones en rápido movimiento son desviados por las moléculas de aire, se emiten los rayos gamma y crean una TGF.

Alrededor del 75 por ciento de las descargas se mantienen dentro de la tormenta, y alrededor de 2.000 de estas descargas entre nubes ocurre para cada TGF que Fermi detecta.

El nuevo estudio confirma los hallazgos previos que indican que los TGF tienden a ocurrir cerca de las partes más altas de una tormenta eléctrica, entre alrededor de 7 y 9 millas (11 a 14 kilómetros) de altura. "Sospechamos que esta no es la historia completa", explicó Briggs. "Las descargas a menudo se producen en altitudes más bajas y los TGFs probablemente también lo hacen, pero viajando la mayor profundidad de aire debilita los rayos gamma es tanto el GBM no puede detectarlos".

Con base en las estadísticas actuales de Fermi, los científicos estiman que unos 1.100 TGFs ocurren cada día, pero el número puede ser mucho mayor ya que las descargas de baja altitud se están perdiendo.

Aunque es demasiado pronto para sacar conclusiones, Chronis señala, hay algunos indicios de que los destellos de rayos gamma pueden preferir zonas de tormenta donde las corrientes de aire se han debilitado y la tormenta se ha convertido en menos organizada. "Parte de nuestra investigación en curso es realizar un seguimiento de estas tormentas con los radares de la NEXRAD para determinar si podemos relacionar los TGFs al ciclo de vida tormenta", dijo.

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Fuente: NASA