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Imágenes detalladas finalmente revelan qué desencadena el rayo

Entonces Dwyer y su equipo recurrieron al Low Frequency Array (LOFAR), una red de miles de pequeños radiotelescopios en los Países Bajos. LOFAR suele observar galaxias distantes y estrellas en explosión. Pero según Doerr, «da la casualidad de que también funciona bien para medir rayos».

Cuando llegan tormentas eléctricas, hay un poco de astronomía útil que LOFAR puede hacer. Entonces, en cambio, el telescopio ajusta sus antenas para detectar el aluvión de un millón de pulsos de radio que se emiten con cada relámpago. A diferencia de la luz visible, los pulsos de radio pueden atravesar densas nubes.

El uso de detectores inalámbricos para mapear rayos no es nada nuevo; antenas de radio especialmente diseñadas Se observan largas tormentas en Nuevo México. Pero estas imágenes son de baja resolución o solo bidimensionales. LOFAR, un telescopio astronómico moderno, puede mapear la iluminación en una escala de metro a metro en tres dimensiones, y a una velocidad de cuadro 200 veces más rápida que la que podían lograr los dispositivos anteriores. «Las mediciones de LOFAR nos dan la primera imagen realmente clara de lo que está sucediendo dentro de una tormenta», dijo Dwyer.

Un rayo produce millones de pulsos de radio. Para reconstruir una imagen en 3D de un rayo a partir de la combinación de datos, los investigadores utilizaron un algoritmo similar al utilizado para los alunizajes de Apolo. El algoritmo actualiza constantemente lo que se sabe sobre la posición de un objeto. Si bien una antena de radio solo puede indicar la dirección aproximada del flash, agregar datos de una segunda antena actualiza la posición. Al rotar constantemente a través de miles de antenas LOFAR, el algoritmo crea un mapa claro.

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Cuando los investigadores analizaron los datos del relámpago de agosto de 2018, vieron que todos los pulsos de radio se emitían desde un área de 70 metros de ancho en la nube de tormenta. Rápidamente llegaron a la conclusión de que el patrón de los pulsos respalda una de las dos teorías principales sobre cómo comienza el tipo más común de rayo.

Una idea Ve cómo los rayos cósmicos, partículas del espacio exterior, chocan con los electrones dentro de las tormentas eléctricas, lo que da como resultado la descomposición de los electrones que fortalece los campos eléctricos.

Las nuevas notas se refieren a teoría de la competencia. Comienza con grupos de cristales de hielo dentro de la nube. Las colisiones turbulentas entre cristales en forma de aguja eliminan algunos de sus electrones, dejando un extremo de cada cristal de hielo con carga positiva y el otro con carga negativa. El extremo positivo extrae electrones de las moléculas de aire cercanas. Más electrones salen de las moléculas de aire más distantes, formando rayas de aire ionizado que se extienden desde cada punta de cristal de hielo. Estos se denominan pancartas.

LOFAR, una gran red de radiotelescopios ubicada principalmente en los Países Bajos, registra rayos cuando no estás haciendo astronomía.Foto: LOFAR / ASTRON

Cada punta de cristal da lugar a hordas de serpentinas, con serpentinas individuales que se ramifican una y otra vez. Las corrientes calientan el aire circundante, arrancando colectivamente electrones de las moléculas de aire para que una corriente más grande fluya sobre los cristales de hielo. Con el tiempo, el transmisor se calienta y se vuelve lo suficientemente conductor como para convertirse en un conductor, un canal a través del cual puede viajar repentinamente una cadena completa de relámpagos.

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«Eso es lo que vemos», dijo. Christopher Stirbka, primer autor del nuevo artículo. En una película que muestra el inicio de un destello que los investigadores hicieron a partir de los datos, los pulsos de radio crecen exponencialmente, probablemente debido al diluvio de serpentinas. «Después de que la avalancha se detuvo, vemos un pararrayos cerca», dijo. En los últimos meses, Sterpka ha estado reuniendo más películas que arrancan un rayo que se parecen a las primeras.