Una nueva mirada a los rayos de la Tierra
Desde los albores de la humanidad, los rayos han sido una fuente tanto de curiosidad como de asombro y son difíciles de estudiar
Aunque docenas de destellos crepitan en cualquier momento en algún lugar de la Tierra, estas breves descargas eléctricas, que generalmente duran menos de 30 microsegundos, siguen siendo inusualmente difíciles de estudiar.
Sin embargo, los satélites han hecho mucho para profundizar nuestra comprensión de los rayos en las últimas décadas. Los sensores en el espacio han proporcionado observaciones de alta calidad de relámpagos desde la década de 1990, lo que permite a los científicos atmosféricos cuantificar y mapear la distribución global de relámpagos.
Uno de los primeros mapas globales de actividad de rayos se publicó en 2001 con datos del Detector óptico de transitorios (Optical Transient Detector, OTD) en el satélite comercial OrbView-1 y el sensor de imágenes de rayos (Lightning Image Sensor, LIS) en el satélite TRMM de la NASA. Dos décadas más tarde, un segundo LIS montado en la Estación Espacial Internacional (ISS) se suma a los registros a largo plazo y crea mapas más nuevos y mejores de la actividad global de rayos.
El mapa de arriba se basa en las observaciones de múltiples sensores: el ISS LIS, el TRMM LIS y el OTD. El TRMM LIS recopiló datos entre 1997 y 2015; OTD estuvo operativo entre 1995 y 2000; y ISS LIS ha estado volando desde 2017. Científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad de Alabama-Huntsville publicaron un mapa actualizado en marzo de 2021. Investigadores del Marshall Space Flight Center de la NASA publicaron un mapa similar de actividad de rayos, basado en tres años de Observaciones de la ISS LIS, en julio de 2020.
“Lo que es nuevo y notable sobre el ISS LIS es que nos brinda observaciones que están significativamente más al norte y al sur que las que obtuvimos de TRMM”, explicó Patrick Gatlin, científico atmosférico de NASA Marshall. "Las observaciones de ISS LIS se extienden a latitudes de hasta 55 Norte y 55 Sur, hasta Canadá y la Patagonia". Los mapas de rayos globales anteriores hacían uso de las observaciones TRMM LIS que se limitaban a los trópicos. (Los investigadores generalmente usan datos más antiguos y de menor calidad de OTD para llenar los vacíos en áreas de latitudes altas).
“Una de las cosas emocionantes de tener datos LIS de la ISS es que estamos empezando a poder comparar lo que está sucediendo con los rayos ahora con lo que vimos en la década de 1990 con OTD, y con lo que vimos en las décadas de 2000 y 2010 con TRMM LIS”, dijo Tim Lang, un científico atmosférico de NASA Marshall. “Los satélites también tienen una ventaja incorporada sobre las redes terrestres porque no tenemos brechas en la red y tenemos mediciones sobre los océanos”.
Los mapas de actividad de rayos anteriores asignaban a los relámpagos una sola coordenada en un mapa. Al reprocesar todos los datos OTD y LIS, los científicos pudieron incluir las dimensiones horizontales. “Nuestro análisis explica el hecho de que los rayos pueden propagarse horizontalmente, no solo verticalmente desde las nubes hasta el suelo”, explicó Michael Peterson del Laboratorio Nacional de Los Álamos. "Una forma de pensar en esta nueva climatología es que nos dice la frecuencia con la que un observador puede esperar que los rayos sean visibles en lo alto, independientemente de dónde comenzó o terminó el destello".
“Algunos relámpagos, los llamamos megadestellos, en realidad se propagan distancias horizontales increíblemente largas, a veces cientos de kilómetros”, agregó Peterson.
El rayo más largo jamás registrado abarcó 709 kilómetros mientras crepitaba a través de los cielos de Argentina y Brasil durante 11 segundos en 2018.
Aunque el nuevo enfoque cambia algunos detalles de cómo entendemos los rayos, los patrones generales siguen siendo similares a los anteriores. Con una tasa promedio de destellos de 389 por día, el lago de Maracaibo en el norte de Venezuela (que se muestra arriba) tiene la densidad de extensión de destellos más alta del mundo. La geografía única de esa región alimenta patrones meteorológicos que la convierten en un imán para tormentas eléctricas y relámpagos. El área a lo largo del lago Kivu, en la frontera de Camerún y la República Democrática del Congo, ocupa el segundo lugar con un promedio de 368 destellos por día.
Si bien los investigadores aún están en el proceso de armonizar los diversos registros de datos, son optimistas de que los datos satelitales serán útiles para identificar tendencias en la actividad de los rayos. También tienen la esperanza de poder determinar si el cambio climático está afectando a los rayos. Algunos científicos anticipan que los patrones cambiarán a medida que el mundo se caliente y los frentes meteorológicos y las trayectorias de las tormentas se ajusten. Al contribuir a la producción de dióxido de nitrógeno, un gas de efecto invernadero, los rayos también contribuyen directamente al calentamiento global. “Hay una urgencia adicional para observar el efecto del cambio climático en los rayos porque la Agencia Meteorológica Mundial agregó recientemente los rayos a su lista de variables climáticas esenciales ”, dijo Lang.
Imagen de NASA Earth Observatory por Lauren Dauphin, utilizando datos de Peterson, et al. (2021). Fotografía de la NASA. Historia de Adam Voiland.
NASA Earth Observatory