Investigadores de la UPC fotografían por primera vez el inicio de un jet gigante con una cámara rápida

Oscar Van der Velde y un grupo de investigadores del Grupo de Investigación de Rayos (LRG) de la UPC y de la Universidad de Duke, de los Estados Unidos, acaban de publicar en la revista Nature Communications un trabajo que muestra, por primera vez, cómo se forma un jet gigante: una descarga eléctrica, como un rayo, que se inicia dentro de la nube y llega hasta una altura de 90 km. Este descubrimiento es importante para ayudar a averiguar cómo la actividad eléctrica dentro de las tormentas puede llegar a la base de la ionosfera, un fenómeno aún muy desconocido para la ciencia. Las imágenes se han tomado en Colombia con una cámara de alta velocidad que opera a 5.000 imágenes por segundo.

Los jets gigantes son las descargas eléctricas más grandes que existen. De hecho, su fuerza y ​​amplitud conecta la tormenta con la ionosfera. Los jets gigantes se producen a veces en la alta atmósfera por encima de tormentas intensas y sólo se pueden observar de noche igual que sus ‘primos’, los denominados sprites, los ‘jets azules’ y los ‘elfos’.

Los jets gigantes se inician en la nube como un poderoso rayo hacia arriba, creando una forma muy caracteríscia: la parte inferior se produce por debajo de los 30 km, es filamentosa y de color azulado, mientras que la parte superior es una estructura muy ramificada de color rojizo que puede alcanzar los 90 km de altitud. La formación de estos fenómenos, que, curiosamente, sólo tiene lugar en zonas próximas a los trópicos, es todavía un misterio para la comunidad científica. Se trata de un fenómeno raro, y son difíciles de detectar al igual que los procesos dentro de la nube.

Ahora, un equipo de investigadores del Grupo de Investigación de Rayos (LRG, por sus siglas en inglés) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) en Terrassa ha captado por primera vez imágenes del momento preciso en que se forma uno de estos jets gigantescos, por lo que viene trabajando desde el año 2008 en diferentes campañas.

Secuencia de formación de los jets gigantes. (Foto: UPC)

El descubrimiento del jet gigante y la captación de las imágenes ha tenido lugar en la costa norte de Colombia. En verano de 2017 los investigadores utilizaron un sistema portátil de cámaras rápidas cerca de la ciudad colombiana de Santa Marta, que operaba a 900 imágenes por segundo. En 2018 se llevó a cabo una segunda campaña en Barranquilla y Cartagena para detectar este fenómeno, en la que se trabajó con un sistema de altísima velocidad, que operó en 5.000 imágenes por segundo.

Con estas cámaras, el investigador Oscar Van der Velde, que forma parte del  Grupo de Investigación de Rayos de la UPC, hizo un seguimiento minucioso de tormentas en desarrollo, con la esperanza de que apareciera el fenómeno. Un seguimiento que ha dado sus frutos: durante las dos campañas, se produjeron 12 jets gigantes en 6 noches distintas, 5 de los cuales fueron registrados con éxito por la cámara de alta velocidad.

La imagen de la formación del jet gigante captada por este equipo se ha tomado a 200 microsegundos y muestra, por primera vez, el primer flash a partir del cual se desencadena. La secuencia de las imágenes demuestra, además, que la formación de un jet gigante se desarrolla paso a paso y a partir de los 40 km de altura experimenta un salto continuo hasta llegar a la ionosfera (90 km). Este hecho histórico es importante para desentrañar los misterios que rodean a los fenómenos eléctricos en la atmósfera y el acoplamiento entre capas atmosféricas, un campo científico todavía muy incipiente.

Según explica Óscar Van der Velde, "después de una década estudiando la fenomenología eléctrica en la atmósfera, con nuestro trabajo hemos podido aportar una información muy valiosa para entender cómo y por qué se forman. Lo que pasa dentro de las nubes es todavía un misterio. Tampoco sabemos por qué los jets gigantes sólo se forman en la zona de los trópicos. Los modelos actuales para describirlos son todavía muy básicos, por eso las imágenes que captamos con nuestros equipos son muy importantes para la comunidad científica".

El descubrimiento se ha publicado en la revista Nature Communcations y han participado además de Oscar Van der Velde, los investigadores Joan Montanyà y Jesús A. López, de la UPC, y Steven A. Cummer, de la Duke University (Estados Unidos). (Fuente: UPC)