Cuando Benjamin Franklin ató una llave a una cometa y la arrojó a una tormenta eléctrica, se convirtió brevemente en un aparato conectado al generador de energía más fuerte de la Tierra.
Franklin sabía, como la mayoría de la gente, que las tormentas eléctricas son increíblemente poderosas. Los investigadores han tratado de estimar con precisión cómo poderoso por más de un siglo, pero siempre se han quedado cortos, incluso los sensores aerotransportados más sofisticados son inadecuados porque las nubes de tormenta son demasiado grandes e impredecibles para medir.
Ahora, en un artículo publicado el 15 de marzo en la revista Physical Review Letters, los investigadores de Ooty, India, han encontrado una nueva respuesta impactante, gracias a la poca ayuda de algunos rayos cósmicos.
Utilizando una serie de sensores diseñados para medir los campos eléctricos y la intensidad de los muones, partículas pesadas que llueven constantemente desde la atmósfera superior de la Tierra, decayendo a medida que pasan a través de la materia, el equipo midió el voltaje de una gran nube de tormenta que rodó sobre Ooty durante 18 minutos. el 1 de diciembre de 2014. Los investigadores descubrieron que, en promedio, la nube se cargó con aproximadamente 1.3 gigavoltios de electricidad, que es 1.3 veces 10 ^ 9 voltios, aproximadamente 10 millones de veces más voltaje que el que suministra una toma de corriente típica en Norteamérica.
"Esto explica por qué las nubes de tormenta son tan destructivas", dijo a Live Science el coautor del estudio Sunil Gupta, investigador de rayos cósmicos en el Instituto Tata de Investigación Fundamental de la India. "Si disipa esta cantidad masiva de energía a través de cualquier cosa, va a causar una devastación severa".
Está lloviendo muones
Gupta y sus colegas estudian principalmente muones, partículas similares a electrones que se crean cuando los rayos cósmicos golpean varios átomos en la atmósfera de la Tierra. Estas partículas tienen aproximadamente la mitad del giro de los electrones pero 200 veces el peso, y son muy buenas para penetrar la materia. Un muón que llueve desde la atmósfera puede viajar profundamente al océano o a millas bajo tierra en solo una fracción de segundo, siempre que tenga suficiente energía.
Los muones pierden su energía cuando algo se interpone en su camino, por ejemplo, una pirámide. A principios de 2018, los científicos descubrieron dos cámaras previamente desconocidas dentro de la Gran Pirámide de Giza instalando detectores de muones alrededor de la estructura y midiendo dónde las partículas perdieron (y no perdieron) energía. Los muones que atraviesan las paredes de piedra de la pirámide pierden más energía que los muones que atraviesan las grandes cámaras vacías. Los resultados permitieron a los investigadores crear un nuevo mapa del interior de la pirámide sin poner un pie dentro de ella.
Gupta y sus colegas utilizaron un método similar para mapear la energía dentro de la nube de tormenta de Ooty. Sin embargo, en lugar de competir con la piedra, los muones que caían a través de la nube enfrentaban un campo eléctrico turbulento.
"Las tormentas eléctricas tienen una capa con carga positiva en la parte superior y una capa con carga negativa en la parte inferior", dijo Gupta. "Si un muón cargado positivamente golpea la nube mientras llueve desde la atmósfera superior, será rechazado y perderá energía".
Utilizando una serie de sensores de detección de muones y cuatro monitores de campo eléctrico distribuidos en varias millas, los investigadores midieron la caída promedio de energía entre los muones que pasaron a través de la nube de tormenta y aquellos que no lo atravesaron. A partir de esta pérdida de energía, el equipo pudo calcular cuánto potencial eléctrico habían atravesado las partículas en la nube de tormenta.
Fue masivo.
"Los científicos estimaron que las nubes de tormenta podrían tener un potencial de gigavoltios en la década de 1920", dijo Gupta, "pero nunca se probó, hasta ahora".
Mapeando el trueno
Una vez que los investigadores supieron el potencial eléctrico de la nube, quisieron ir un paso más allá y medir con precisión cuánta potencia transportaba la nube de tormenta mientras rugía sobre Ooty.
Utilizando los datos de sus monitores de campo eléctrico ampliamente dispersos, el equipo completó algunos detalles importantes sobre la nube, es decir, viajar a aproximadamente 40 mph (60 km / h) a una altitud de 7 millas (11.4 kilómetros) sobre el nivel del mar, Tenía un área estimada de 146 millas cuadradas (380 km cuadrados, un área aproximadamente seis veces mayor que Manhattan), y alcanzó su máximo potencial eléctrico solo 6 minutos después de aparecer.
Armados con este conocimiento, los investigadores finalmente pudieron calcular que la tormenta eléctrica transportaba alrededor de 2 gigavatios de potencia, lo que hace que esta sola nube sea más poderosa que las centrales nucleares más potentes del mundo, dijo Gupta.
"La cantidad de energía almacenada aquí es suficiente para satisfacer todas las necesidades de energía de una ciudad como la ciudad de Nueva York durante 26 minutos", dijo Gupta. "Si podrías aprovecharlo ".
Con la tecnología actual, esa es una perspectiva poco probable, señaló Gupta: la cantidad de energía disipada por tal tormenta es tan alta que probablemente derretiría cualquier conductor.
Aún así, el potencial violento y poderoso de las tormentas eléctricas podría ayudar a resolver un misterio cósmico que científicos como Gupta y sus colegas han preguntado durante décadas: ¿por qué los satélites a veces detectan rayos gamma de alta energía que salen de la atmósfera de la Tierra, cuando deberían estar lloviendo desde el espacio? ?
Según Gupta, si las tormentas eléctricas pueden crear un potencial eléctrico superior a un gigavoltio, también podrían acelerar los electrones lo suficientemente rápido como para romper otros átomos en la atmósfera, produciendo destellos de rayos gamma.
Esta explicación requiere más investigación para verificar su precisión, dijo Gupta. Mientras tanto, asegúrate de maravillarte con la próxima nube de tormenta que ves, ya que es una fuerza de la naturaleza insondablemente poderosa y, por favor, piénsalo dos veces antes de volar una cometa.
