Estudio revela que la retroalimentación fotoeléctrica impulsa la formación de rayos y destellos gamma terrestres en tormentas eléctricas

Un modelo unificado revela el papel del efecto fotoeléctrico en fenómenos eléctricos atmosféricos

La física atmosférica continúa explorando los fenómenos eléctricos extremos que ocurren durante las tormentas. Entre estos, destacan los rayos y los destellos de rayos gamma terrestres (TGFs, por sus siglas en inglés). Estos últimos son emisiones breves y energéticas de radiación gamma que surgen en la atmósfera durante las tormentas eléctricas. Aunque su intensidad es notable, todavía existen muchas incógnitas sobre cómo se inician y cuáles son los procesos que determinan su aparición en la atmósfera.

Para entender mejor estos fenómenos, científicos de diferentes países han trabajado en el desarrollo de teorías que expliquen su origen de manera integral. Hasta ahora, faltaba una explicación que unificara las diferentes observaciones y simulaciones en un solo modelo coherente. Recientemente, un equipo liderado por Victor P. Pasko, de la Universidad Estatal de Pensilvania, publicó un estudio en el Journal of Geophysical Research: Atmospheres. En este trabajo, presentan una visión renovada sobre los mecanismos que generan estos fenómenos eléctricos, basada en simulaciones avanzadas y datos recientes.

El efecto fotoeléctrico como clave en la generación de fenómenos extremos

El estudio destaca que el efecto fotoeléctrico es fundamental para comprender cómo se desencadenan estos eventos en las tormentas. Este proceso implica que la luz, al incidir sobre los átomos, provoca la liberación de electrones. Durante una tormenta, los campos eléctricos intensos aceleran estas partículas cargadas a velocidades cercanas a la luz. Cuando los electrones colisionan con moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire, generan fotones de alta energía, como rayos X y gamma.

Una parte de estos fotones viaja en sentido contrario a los electrones, y si son atrapados por el aire, provocan la liberación de nuevos electrones energéticos mediante el efecto fotoeléctrico. Este proceso genera una especie de efecto dominó, donde cada interacción provoca un crecimiento exponencial en la cantidad de electrones, formando lo que se denomina avalancha electrónica.

## Nuevas perspectivas en la comprensión de los destellos y pulsos eléctricos

Este mecanismo explica por qué en algunas ocasiones los destellos gamma terrestres aparecen sin que sean visibles o perceptibles con instrumentos comunes. La modelización matemática y las simulaciones computacionales muestran que estas avalanchas electrónicas pueden ocurrir en condiciones donde no se generan destellos visibles o señales de radio, lo que se conoce como oscuridad óptica y silencio radioeléctrico.

Este avance también ayuda a entender diferentes tipos de pulsos eléctricos asociados a las tormentas, como los Pulsos de Ruptura Inicial (IBPs), los Eventos Bipolares Estrechos (NBEs) y los Pulsos Energéticos en Nube (EIPs). Estos fenómenos, que en muchas ocasiones pasan desapercibidos, tienen un impacto importante en la comprensión de la actividad eléctrica en la atmósfera y en la protección contra fenómenos meteorológicos extremos.

Implicaciones y futuras investigaciones

El modelo propuesto no solo aclara aspectos fundamentales del origen de los rayos y TGFs, sino que también abre la puerta a nuevas investigaciones sobre el impacto de las tormentas en el entorno planetario. La capacidad de simular estos procesos con precisión permitirá mejorar las predicciones meteorológicas y desarrollar mejores sistemas de alerta temprana, además de contribuir a la protección de infraestructuras y personas en zonas propensas a tormentas severas.

En definitiva, el avance en el entendimiento de estos fenómenos eléctricos extremos representa un paso importante en la física atmosférica, ayudando a responder preguntas sobre cómo se generan los rayos y destellos gamma en nuestro planeta, y qué factores influyen en su intensidad y frecuencia.