Mientras que la mayoría de las personas presencian solo el crujido familiar del trueno y el destello de los relámpagos de las tormentas en la Tierra, fuegos artificiales eléctricos brillantemente coloridos detonan mucho más arriba, en el aire delgado hasta 55 millas sobre nuestras cabezas, fácilmente visibles desde la Estación Espacial Internacional (ISS).
Estos breves espectáculos – chorros azules, sprites rojos, halos violetas, anillos ultravioleta – son conocidos colectivamente como eventos luminiscentes transitorios, o TLE.
Durante décadas, estos fenómenos eludieron el estudio sistemático, apareciendo solo en las anécdotas de los pilotos y en la ocasional fotografía afortunada.
La Estación Espacial Internacional (ISS) ha cambiado esto al ofrecer un asiento sin obstrucciones por encima de las tormentas, donde cámaras y sensores especializados capturan cada destello fugaz.
Poco a poco, los investigadores están descubriendo que lo que sucede en esta capa oculta puede alterar las transmisiones de radio, afectar la seguridad de las aeronaves e incluso modificar la química de la atmósfera superior.
Laboratorio de tormentas fijado a la ISS
La pieza central de esta misión de observación del cielo es el Monitor de Interacciones Atmósfera-Espacio. ASIM, construido por la Agencia Espacial Europea, se ha adherido a una plataforma externa de la ISS desde 2018.
Su trabajo: observar la Tierra y registrar destellos más pequeños que una uña y más cortos que un latido del corazón.
Las cámaras de alta velocidad y los fotómetros del monitor ya han entregado más de lo que esperaban los científicos.
Los datos muestran que ciertas descargas similares a los relámpagos en la cresta de una nube de tormenta pueden bombear energía electromagnética a la ionosfera e encender un enorme anillo de luz ultravioleta llamado ELVES.
Estos anillos pueden aumentar la carga ionosférica por cientos de millas, interrumpiendo potencialmente las señales de radio de larga distancia.
ASIM también ha catalogado descargas de corona ultracortas, ráfagas tan cortas que los instrumentos terrestres a menudo las pierden.
Al cronometrar y analizar estas coronas, los investigadores están comenzando a comprender cómo las regiones superiores de una nube preparan el terreno para relámpagos completos.
Extraño fenómeno de los “sprites rojos”
Un misterioso fenómeno conocido como “sprites rojos” ocurre aleatoriamente en la mesosfera, colgando como medusas boca abajo durante apenas diez milisegundos. Los chorros azules se lanzan desde la parte superior de las nubes hacia la estratosfera con una inquietante y silenciosa urgencia.
Ambos eventos suceden tan rápido y tan alto que capturar sus detalles era casi imposible. Sin embargo, ASIM puede detectarlos desde la órbita.
Un estudio utilizó sus imágenes e instrumentos terrestres para determinar la altitud de un solo chorro azul. Esto confirmó que estos rayos ascendentes realmente atraviesan la capa meteorológica que conocemos.
Esas mediciones alimentan directamente los modelos de carga de tormentas, que a su vez informan las pautas de aviación sobre dónde pueden acechar campos eléctricos peligrosos.
La tripulación de la ISS filma tormentas desde la órbita
La cúpula de la ISS – la cúpula de observación de siete ventanas que a menudo aparece en los selfies de los astronautas – se ha convertido en parte del conjunto de herramientas científicas.
A través del experimento Thor-Davis de la ESA, los miembros de la tripulación de la ISS adjuntan una cámara de última generación detrás del cristal y capturan tormentas distantes a hasta cien mil fotogramas por segundo.
Las películas en cámara lenta resultantes revelan filamentos eléctricos que se proliferan de formas que los libros de texto nunca predijeron.
Al capturar la ramificación en fracciones de segundo de los relámpagos con gran detalle, Thor-Davis ayuda a los científicos a validar las pruebas de plasma de laboratorio frente a eventos del mundo real.
De forma más práctica, las imágenes podrían algún día mejorar los algoritmos que advierten a los operadores de la red eléctrica cuando los relámpagos severos amenazan las líneas de transmisión.
Capturando pulsos de rayos invisibles
El drama oculto de los relámpagos no se limita a los colores visibles. Algunos rayos desencadenan destellos de rayos gamma terrestres, pulsos de radiación lo suficientemente energéticos como para sumergir a un avión en una breve oleada equivalente a una radiografía de tórax.
Para mapear estos peligros invisibles, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón trabajó con socios universitarios para lanzar Light-1 desde la ISS.
Aunque no es más grande que una barra de pan, el CubeSat lleva detectores ajustados a fotones de alta energía.
A medida que Light-1 registra destellos sobre sistemas de tormentas ecuatoriales, los investigadores planean alinear sus marcas de tiempo con las redes globales de rayos en tierra.
Con el tiempo, esto ayudará a construir un atlas tridimensional de dónde se disparan los destellos de rayos gamma con mayor frecuencia.
Las tormentas interfieren con las señales
A primera vista, un sprite o un anillo ELVES pueden parecer poco más que una curiosidad meteorológica, un primo celestial de la aurora.
Sin embargo, estos destellos se producen en las mismas capas cargadas que transportan las ondas de radio y retransmiten señales a los submarinos. Perturbar estas capas puede hacer que las comunicaciones se desvanezcan o fallen sin previo aviso.
Para las aerolíneas, comprender cuándo y dónde aparecen los chorros azules o los destellos de rayos gamma añade una capa más de planificación de seguridad en las rutas polares o ecuatoriales.
Los científicos también se preocupan por el clima. Los TLE y las descargas de corona barajan los óxidos de nitrógeno y otros productos químicos entre las capas atmosféricas, alterando la química del ozono y el equilibrio radiativo.
Incorporar esta mezcla vertical en los modelos climáticos puede ajustar las predicciones del calentamiento futuro.
Se actualizan los rastreadores de rayos
Con la probable operación de la ISS durante la década, ASIM y sus sucesores continuarán recopilando una biblioteca de eventos de tormenta que antes eran invisibles.
Los ingenieros prevén detectores de próxima generación que se activen automáticamente, registren más rápido y abarquen un espectro más amplio, desde la radio hasta los rayos X duros.
Los CubeSat como Light-1 podrían multiplicarse en una flota, proporcionando alertas en tiempo real a las agencias meteorológicas y a los operadores de satélites cada vez que se produzca un destello gamma o un mega-sprite.
Sobre todo, la estación espacial demuestra que para comprender el clima de la Tierra, a veces hay que mirar hacia abajo desde arriba. Cada órbita añade algunos fotogramas más a la película oculta de los relámpagos.
Esos fotogramas nos acercan a predecir – y quizás mitigar – las sorpresas eléctricas que las tormentas lanzan hacia el borde del espacio.
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