¿Cómo funcionan los rayos?

Las tormentas eléctricas son uno de los fenómenos naturales con los que más nos familiarizamos desde una temprana edad, resulta ser tan normal que llegamos a ignorar toda la ciencia y los procesos que hay detrás de ello. Lo único que sabemos es que tienen un estruendoso ruido que asusta a los más pequeños, y que debemos resguardarnos ante las tormentas, pero ¿por qué?, esto ahora te lo explico.

Rayos, mucho más que electricidad

Los rayos, como es de imaginarse, son descargas eléctricas. Tienen el mismo comportamiento que aquellas descargas eléctricas o “chispitas” que puede dar el cepillo cuando nos cepillamos el cabello después de una siesta, y hace que nuestro cabello se levante; en este caso, el cabello se encuentra eléctricamente cargado debido al frotamiento, y al acercarlo al cepillo, este lo atrae. Ese mismo principio ocurre con la formación de rayos pero a mayor escala.

En condiciones normales, en la atmósfera existe un equilibrio entre las cargas negativas y positivas, pero cuando una tormenta eléctrica se va formando, las cargas en el interior de la nube se alteran debido a choques entre el agua y cristales de hielo, de tal manera que las cargas positivas se acumulan en la parte superior de la nube y las negativas en la parte inferior.

Al estar las cargas negativas en la parte más cercana a la superficie de la Tierra, los objetos en ella se cargan positivamente, de la misma forma como sucede con el cepillo en el ejemplo anterior; de tal manera que se va formando una tensión (diferencia de potencial eléctrico) entre las cargas negativas de la nube con las positivas de la superficie de la Tierra debido a la atracción de las cargas opuestas. Pero hay un obstáculo que impide que estas cargas se acerquen: el aire.

El aire es dieléctrico, lo que significa que no transmite cargas eléctricas, y eso en teoría impediría que las cargas de la nube y la superficie se encontraran, pero no es así. La tensión que se acumula entre las cargas es tan fuerte que provoca una ruptura dieléctrica del aire, que forma como un pasillo por el cual puedan encontrarse las cargas y formar al luminoso rayo que conocemos. Debido a ello, los rayos no son líneas perfectas sino que parecen tener ramificaciones y desvíos por la difícil ruptura del aire. Y esa expansión del aire provoca ondas sonoras, las cuales llamamos truenos.

Sin embargo, existen más maneras en las que los rayos pueden formarse, pues no todos los rayos caen, algunos se forman entre nube y nube, o incluso en el interior de la misma nube; y otros caen pero son provenientes de las cargas positivas de la nube que salen al encuentro de cargas negativas de la superficie de la Tierra; estos últimos, son menos usuales, pero resultan ser de los más peligrosos ya que caen con mayor intensidad.

Con el flujo intensivo de electrones a través del rayo, se crea un plasma muy caliente, lo cual le da esa luminosidad que es observable a simple vista, y el aire a su paso se calienta hasta unos 30,000°C, casi 5 veces la temperatura de la superficie del sol; eso en primera instancia, ya resulta escalofriante, pero aún hay más. La descarga luminosa de un rayo avanza a unos 100,000 km/s (cerca de 350 millones de km/h) y su potencia se mide en miles de millones de vatios, pero la energía total de un rayo, alrededor de 1 gigajulio, es muy inferior a la de una bomba nuclear. Pero lo que más asusta, es la regularidad con la que caen los rayos, la cual es de aproximadamente 44 rayos por segundo en toda la Tierra (casi 4 millones al día), así que en este mismo segundo que lees esto, probablemente se estén produciendo unos 44 rayos.

Habiendo tantos rayos al día, parecería que hay mucha probabilidad de que te caiga uno alguna vez en tu vida, pero en realidad las cifras arrojan que es de 1 entre 1.2 millones cada año (datos de EE. UU.) y de 1 entre 15,300 a lo largo de una vida; y que, a pesar de lo peligrosos que pueden ser, solo el 10% de las personas alcanzadas por un rayo han fallecido. Pero claro, los demás presentaron otras consecuencias que tampoco serían gratificantes de experimentar.

Normalizando lo desconocido

Aunque los rayos sean un fenómeno natural tan común, y presente desde la existencia de la Tierra, aún no han sido comprendidos en su totalidad, se sabe cómo suceden, qué provocan, pero aún existen algunos aspectos de los rayos que no han podido ser explicados. Otros, que parecían un misterio, ya tienen explicación, como la aparición de rayos cuando el cielo está despejado y claro: son los llamados «rayos desde un cielo azul», que empiezan dentro de una nube de tormenta, avanzan horizontalmente y pueden caer hasta a 10 kilómetros de ella.

Lo que todavía no se sabe con exactitud es por qué las cargas eléctricas de las nubes logran ser liberadas en forma de rayos, pues las mediciones hechas arrojan resultados de un campo eléctrico mucho menor, de hasta 10 veces menos, del que debería ser según los modelos teóricos para provocar tal intensidad y poder hacer la ruptura dieléctrica del aire.

La naturaleza y todos sus fenómenos resultan ser tan complejos, que los rayos son solo un ejemplo de ello; y es en esos casos que nos resultan inexplicables ciertas cuestiones, que solo nos queda admirar y tratar de entenderlos en la medida de lo posible.