Las tormentas pueden esconder 1,300 millones de voltios y un telescopio de rayos cósmicos permite medirlos

Durante un instante, un relámpago ilumina el cielo; pero la electricidad que lo precede permanece oculta dentro de la nube. ¿Cómo estudiar lo que ocurre ahí sin atravesar una tormenta? Un telescopio instalado en India encontró una respuesta inesperada.

En Ooty, al sur de India, funciona GRAPES-3, un observatorio dedicado al estudio de los rayos cósmicos: esas partículas de alta energía que llegan desde el espacio. Y uno de sus instrumentos es un telescopio que detecta muones, partículas producidas cuando esos rayos cósmicos chocan con la atmósfera.

Lo que atraviesa las nubes

Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que llegan desde el espacio. Cuando chocan con los átomos de la atmósfera, producen cascadas de partículas secundarias, entre ellas los muones. Estos pueden atravesar grandes cantidades de materia y alcanzar los detectores terrestres.

Hay muones con carga positiva y negativa. El campo eléctrico de la nube actúa sobre ellos en sentidos opuestos debido a sus distintas cargas. Por eso puede frenar a los positivos, haciéndoles perder energía, y acelerar a los negativos, que la ganan. Y si el campo cambia de dirección, ocurre lo contrario.

A tierra suelen llegar más muones positivos que negativos, por lo que los efectos sobre ambas cargas no se compensan y cambia la cantidad que detecta el telescopio. Luego los investigadores reproducen esos cambios en simulaciones con distintos voltajes y buscan cuál explica mejor lo observado para estimar el potencial eléctrico de la tormenta.

Una tormenta de 1,300 millones de voltios

El 1 de diciembre de 2014, una tormenta pasó sobre Ooty, en India, y dejó una señal llamativa en los registros del telescopio GRAPES-3. Fue uno de los 184 episodios observados entre 2011 y 2014, pero su análisis reveló algo extraordinario: un potencial eléctrico estimado de 1,300 millones de voltios.

Y, al combinar las detecciones de muones con cuatro medidores del campo eléctrico en tierra, el equipo calculó que la nube de tormenta analizada abarcaba al menos 380 kilómetros cuadrados y avanzaba a unos 60 kilómetros por hora.

Así que la cifra de 1.3 gigavoltios no es una cantidad de energía ni significa que cada rayo tenga ese voltaje. Tampoco representa un valor universal para los cumulonimbos. Lo que sí muestra es que una nube de tormenta puede alcanzar la escala de miles de millones de voltios. Y ese descubrimiento podrían ayudar a explicar los destellos de rayos gamma terrestres de mayor energía.

El enigma de las detecciones hacia el este

El hallazgo, publicado en 2019, mostró que era posible estudiar semejantes voltajes desde el suelo. También planteó un enigma nuevo ¿Por qué el telescopio detectaba muchas más señales de tormentas hacia el este que hacia el oeste?

La explicación estaba en el campo magnético de la Tierra, que desvía las partículas cósmicas y modifica la proporción de muones positivos y negativos que llegan desde cada dirección. Hacia el este, el desequilibrio entre ambas cargas es mayor. Por eso, una tormenta con el mismo voltaje produce un cambio más marcado en las detecciones, y el telescopio la identifica con mayor facilidad.

Comprender este efecto ayuda a interpretar mejor las señales del telescopio y a estudiar la electricidad de las tormentas desde el suelo, sin introducir instrumentos en las nubes. Y así, los muones ofrecen una ventana a lo que ocurre antes de que un relámpago ilumine el cielo.