Así es la 'tormenta perfecta' de la que nacen los rayos
Científicos descubren cómo es la 'tormenta perfecta' de la que nacen los rayos. Revelaron el detalle de la poderosa reacción en cadena que da lugar a este fenómeno fascinante para algunos, y que atemoriza a otros.
Los rayos son manifestaciones espectaculares de la energía de la atmósfera, han fascinado y aterrorizado a la humanidad durante siglos. Lejos de ser un fenómeno aleatorio, la formación de un rayo es el resultado final de una serie de eventos atmosféricos precisos y encadenados que, en su conjunto, dan lugar a una "tormenta perfecta".
La génesis de un rayo se produce en el interior de una nube de tormenta, conocida como cumulonimbus. Esta nube colosal, que puede alcanzar altitudes de hasta 20 kilómetros, es el motor de los eventos eléctricos. Si bien los científicos conocen cómo cae un rayo, los eventos concatenados que se deben dar para que ocurra, seguían siendo un misterio aún no resuelto por la ciencia hasta ahora.
Un grupo de científicos de la Universidad de Pensilvania, publicó recientemente su trabajo de investigación en el Journal of Geophysical Research, y los resultados sobre los procesos fueron sorprendentes.
Descripción de “la tormenta perfecta”
Dirigido por Victor Pasko, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Penn State, un grupo de científicos ha revelado la poderosa reacción en cadena que desencadena los rayos. Sus hallazgos proporcionan la primera explicación precisa y cuantitativa de cómo se originan los rayos en la naturaleza, según lo informa Pasko en un comunicado.
En su publicación, los autores describieron cómo lograron determinar que los fuertes campos eléctricos en las nubes de tormenta aceleran los electrones que chocan con moléculas como el nitrógeno y el oxígeno, produciendo rayos X e iniciando un diluvio de electrones adicionales y fotones de alta energía: la “tormenta perfecta” de la que nacen los rayos.
El equipo utilizó modelos matemáticos para confirmar y explicar las observaciones de campo de fenómenos fotoeléctricos en la atmósfera terrestre. Los electrones de energía relativista, generados por los rayos cósmicos que entran en la atmósfera desde el espacio exterior, se multiplican en los campos eléctricos de las tormentas y emiten breves ráfagas de fotones de alta energía.
Este fenómeno, conocido como destello terrestre de rayos gamma, comprende las ráfagas invisibles de rayos X y las emisiones de radio que las acompañan.
Los científicos demostraron cómo los electrones, acelerados por fuertes campos eléctricos en las nubes de tormenta, producen rayos X al colisionar con moléculas de aire como el nitrógeno y el oxígeno, creando una avalancha de electrones que produce fotones de alta energía que inician los rayos.
Modelo de descarga fotoeléctrica por retroalimentación (Photoelectric feedback discharge)
Publicado por Pasko y sus colaboradores en 2023, el modelo Photoelectric feedback discharge simula las condiciones físicas en las que es probable que se origine un rayo.
Zaid Pervez, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica, utilizó el modelo para hacer coincidir las observaciones de campo (recopiladas por otros grupos de investigación que utilizan sensores terrestres, satélites y aviones de gran altitud), con las condiciones de las nubes de tormenta simuladas.
“Explicamos cómo ocurren los eventos fotoeléctricos, qué condiciones deben darse en las nubes de tormenta para iniciar la cascada de electrones y qué causa la amplia variedad de señales de radio que observamos en las nubes, todo ello antes de la caída de un rayo”, dijo Pervez.
Para confirmar su explicación sobre la iniciación de los rayos, comparó sus resultados con modelos previos, estudios de observación y su propio trabajo sobre un tipo de rayo llamado “compact intercloud discharges” (descargas intranube compactas), que suelen ocurrir en pequeñas regiones localizadas en las nubes de tormenta.
Además de descubrir el inicio de los rayos, los investigadores explicaron por qué los destellos de rayos gamma terrestres a menudo se producen sin destellos de luz ni ráfagas de radio, que son características habituales de los rayos durante las tormentas.
“En nuestro modelo, los rayos X de alta energía producidos por avalanchas de electrones relativistas generan nuevos electrones semilla impulsados por el efecto fotoeléctrico en el aire, lo que amplifica rápidamente estas avalanchas”, dijo Pasko.
Además de producirse en volúmenes muy compactos, esta reacción en cadena descontrolada puede ocurrir con una intensidad muy variable, lo que a menudo genera niveles detectables de rayos X, acompañados de emisiones ópticas y de radio muy débiles. Esto explica por qué estos destellos de rayos gamma pueden surgir de regiones fuente que parecen ópticamente tenues y radio silenciadas.
Referencias de la noticia
Victor P. Pasko, et al. "Photoelectric Effect in Air Explains Lightning Initiation and Terrestrial Gamma Ray Flashes". Journal of Geophysical Research. 28 de julio de 2025.
Penn State University, College of Engineering. "A bolt is born! Atmospheric events underpinning lightning strikes explained". 28 de julio de 2025.
Victor P. Pasko, et al. "Conditions for Inception of Relativistic Runaway Discharges in Air". Geophysical Research Letters. 30 de marzo de 2023.