¿Por qué los rayos se despliegan en zig-zag?

Cuando vemos un rayo yendo de una nube a otra o impactando en la superficie, las formas que observamos son muy variadas, pero nunca una línea recta. La pregunta que surge rápidamente es por qué los rayos tienen esa forma zigzagueante y no toman el camino más corto para ir de un punto al otro. Este patrón característico está relacionado con una forma del oxígeno que se acumula a medida que el rayo avanza.

Si bien la meteorología ha avanzado mucho en el conocimiento de estos fenómenos, aún quedan por develar muchos misterios detrás de los rayos. De acuerdo a un informe mencionado por Live Science, algunas investigaciones recientes han comenzado a iluminar al camino a esas respuestas.

John Lowke, físico de la Universidad de Australia Meridional y autor principal de un estudio que investiga el "patrón escalonado" de los relámpagos indicó que “aunque lo sabemos todo sobre la mayoría de las cosas de la Tierra: los científicos, por ejemplo, pueden predecir los eclipses lunares y solares con una precisión de una fracción de segundo, seguimos teniendo grandes misterios sobre los rayos más comunes”.

Los líderes que encaminan a cada rayo

En el reciente estudio sobre la física de los rayos publicado en diciembre de 2022 en el Journal of Physics D: Applied Physics, Lowke y sus colegas sugieren que el característico patrón en zigzag de los relámpagos está causado por una forma de oxígeno altamente conductor que se acumula de forma irregular a medida que el rayo viaja hacia el suelo, a veces a grandes distancias.

Fotografías de rayos de rápida exposición muestran que un relámpago va precedido de "líderes" de aire ionizado, cargado eléctricamente, que se ramifican desde el fondo de una nube de tormenta. En la mayoría de los casos, estos líderes son demasiado débiles para verse a simple vista. Según señala Lowke, son estos líderes, y no el rayo final, los que forman el patrón escalonado.

El aire suele actuar como aislante que no conduce la electricidad, pero los líderes crean regiones con altas concentraciones de una forma especial de oxígeno altamente conductor llamado "singlet delta oxygen", es decir, moléculas de oxígeno con un estado de energía inferior al normal. Cada "zig" o "zag" de un líder representa un "paso" de unos 50 metros de longitud aproximadamente que está causado por la descarga de carga eléctrica a través de una región de este tipo.

La utilidad de conocer cada vez más sobre los rayos

Entre las conclusiones del estudio, se arribó a comprender que los potentes campos magnéticos del último escalón crean casi instantáneamente moléculas adicionales de este tipo de oxígeno partir de las moléculas de oxígeno normales de la atmósfera, y las concentraciones de este oxígeno altamente conductor pueden ramificarse en todas direcciones desde donde termina el escalón. El líder se descarga a través de sucesivos escalones en aproximadamente una millonésima de segundo, cada uno seguido de un fugaz periodo "oscuro" en el que las fotografías no muestran descarga visible alguna, y finalmente impacta contra el suelo o contra un objeto alto conectado a él.

Ese impacto da lugar a la "carrera de retorno" visible y muy ruidosa del rayo durante aproximadamente una milésima de segundo, viajando de vuelta a lo largo de la trayectoria en zigzag del singlet delta oxygen altamente conductor. Los demás conductores pierden su carga en este punto y desaparecen. Según Lowke, “una mejor comprensión del funcionamiento de los rayos puede ayudar a las estructuras y a las personas a sobrevivir a las tormentas. Por ejemplo, puede ser útil para colocar pararrayos en objetos altos, como edificios, antenas de radio y superestructuras navales”.

Aunque en la actualidad gran parte de la comunidad científica supone que se trata de electricidad estática creada por el movimiento de partículas de hielo en las nubes de tormenta, Lowke afirma que no se sabe con certeza. También considera necesario seguir investigando para encontrar una respuesta clara a las dudas que generan los rayos.