Rudolf Cole
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Cuando Benjamin Franklin ató una llave a una cometa y la hizo volar en una tormenta eléctrica, brevemente se convirtió en un aparato conectado al generador de energía más potente 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 poderosos durante más de un siglo, pero siempre se han quedado cortos; incluso los sensores aéreos 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, investigadores de Ooty, India, han encontrado una respuesta nueva e impactante, gracias a un poco de ayuda de algunos rayos cósmicos. [Tierra eléctrica: impresionantes imágenes de rayos]
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 atraviesan la materia, el equipo midió el voltaje de una gran nube de tormenta que pasó sobre Ooty durante 18 minutos. el 1 de diciembre de 2014. Los investigadores encontraron que, en promedio, la nube estaba cargada 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 el coautor del estudio Sunil Gupta, investigador de rayos cósmicos del Instituto Tata de Investigaciones Fundamentales de la India. "Si disipa esta enorme cantidad de energía a través de algo, causará una devastación severa".
Está lloviendo muones
Gupta y sus colegas estudian principalmente los muones, partículas similares a los electrones que se crean cuando los rayos cósmicos chocan contra 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 cae de la atmósfera puede viajar a las profundidades del océano o 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, digamos, una pirámide, por ejemplo. A principios de 2018, los científicos descubrieron dos cámaras previamente desconocidas dentro de la Gran Pirámide de Giza al instalar detectores de muones alrededor de la estructura y medir dónde las partículas perdieron (y no perdieron) energía. Los muones que atravesaban las paredes de piedra de la pirámide perdieron más energía que los muones que atravesaban 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 luchar con la piedra, los muones que caían a través de la nube se enfrentaban a un campo eléctrico turbulento..
"Las tormentas 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 repelido y perderá energía". [Infografía: Cómo funciona Lightning]
Utilizando una serie de sensores de detección de muones y cuatro monitores de campo eléctrico repartidos por varias millas, los investigadores midieron la caída promedio de energía entre los muones que pasaron a través de la nube de tormenta y los que no la atravesaron. A partir de esta pérdida de energía, el equipo pudo calcular cuánto potencial eléctrico habían atravesado las partículas en la nube de truenos..
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 demostró, hasta ahora".
Mapeando el trueno
Una vez que los investigadores conocieron el potencial eléctrico de la nube, quisieron dar un paso más y medir con precisión cuánta energía 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, viajaba 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 el tamaño de 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 transportaba alrededor de 2 gigavatios de energía, lo que hace que esta nube sea más poderosa que las plantas de energía nuclear más poderosas del mundo, dijo Gupta..
"La cantidad de energía almacenada aquí es suficiente para satisfacer todas las necesidades de energía de una ciudad como 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 violentamente 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 pueden crear un potencial eléctrico mayor que 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 veas, porque es una fuerza insondable de la naturaleza y, por favor, piénsalo dos veces antes de volar una cometa..
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Publicado originalmente el .