Un rayo rara vez dibuja una línea recta entre una nube y el suelo. Su recorrido presenta curvas, quiebres y ramificaciones que recuerdan a las raíces de un árbol. Esa forma no es decorativa ni aparece después de la descarga: surge mientras la electricidad está construyendo su camino a través de la atmósfera.
Los rayos ramificados se originan porque el aire normalmente funciona como aislante. Cuando el campo eléctrico dentro de una tormenta se vuelve suficientemente intenso, ciertas regiones comienzan a ionizarse y se crean canales conductores que pueden avanzar en distintas direcciones.
¿Cómo se forman los rayos ramificados?
Dentro de una nube de tormenta, las colisiones entre partículas de hielo, gotas y granizo contribuyen a separar las cargas eléctricas. Algunas regiones adquieren predominio de carga negativa y otras, positiva.
Cuando la diferencia de carga se vuelve muy grande, la capacidad aislante del aire empieza a romperse. En uno de los tipos más frecuentes de rayos nube-tierra aparece entonces un canal débil de carga negativa denominado líder escalonado.
El nombre describe muy bien su movimiento: no avanza de manera continua, sino en una sucesión rapidísima de pequeños saltos. El Servicio Meteorológico Nacional de Estados Unidos explica que muchos de esos pasos rondan los 50 metros, aunque su longitud puede variar.
En cada avance, el canal responde al campo eléctrico que encuentra en su entorno inmediato. Como esas condiciones no son idénticas en todas las direcciones, la siguiente etapa puede desviarse respecto de la anterior.
Así aparecen:
- Tramos en zigzag, porque los sucesivos pasos no siguen exactamente la misma dirección;
- Bifurcaciones, cuando se desarrollan varios canales posibles desde una misma zona;
- Ramas que se apagan, porque no todas continúan progresando;
- Una o más ramas dominantes, que finalmente pueden acercarse al suelo.
¿Por qué los rayos ramificados parecen un árbol invertido?
Las cámaras de muy alta velocidad permitieron observar que delante de la punta de un líder pueden desarrollarse varios pequeños canales de ionización casi simultáneamente.
Un estudio publicado en Scientific Reports analizó rayos nube-tierra a 180.000 imágenes por segundo y comprobó que la ramificación está estrechamente vinculada con ese crecimiento escalonado. Cuando varios pequeños líderes consiguen conectarse con un mismo canal principal, aparecen nuevas ramas. Las diferencias en sus direcciones también generan el recorrido irregular y quebrado.
Por eso no es correcto imaginar que el rayo conoce desde el principio cuál será la ruta más corta hasta el suelo. El Servicio Meteorológico Nacional señala que la punta del líder responde principalmente a las condiciones eléctricas cercanas y puede avanzar por un trayecto muy indirecto.
National Geographic también recoge una explicación propuesta por el físico John Lowke y colaboradores, que relaciona el avance escalonado con la formación de estados particulares del oxígeno capaces de favorecer la conducción eléctrica. Es una línea de investigación destinada a explicar con mayor detalle qué permite cada nuevo paso del líder.
¿Qué ocurre cuando una rama consigue llegar al suelo?
El líder descendente no suele tocar directamente el terreno sin respuesta. Cuando sus ramas se acercan, el intenso campo eléctrico puede provocar que desde árboles, edificios y otros objetos se desarrollen trazadores ascendentes de carga positiva.
Cuando uno de ellos conecta con una rama descendente, queda establecido un canal conductor continuo entre nube y tierra. Entonces ocurre el llamado golpe de retorno: una descarga extremadamente rápida y luminosa recorre el canal. Ese es el gran destello que reconocemos como rayo.
La velocidad es extraordinaria. Según el Servicio Meteorológico Nacional estadounidense:
- El líder escalonado puede avanzar aproximadamente a 320.000 km/h;
- Sus pasos individuales suceden en tiempos del orden de microsegundos;
- El golpe de retorno puede propagarse por el canal a velocidades cercanas a 320 millones de km/h.
Todo sucede tan rápido que nuestros ojos perciben prácticamente un único destello.
¿Todas las ramas llegan a conducir la descarga principal?
No. Muchas funcionan como caminos incompletos que se apagan antes de encontrar una conexión efectiva.
Por eso, en una fotografía podemos observar numerosas ramificaciones relativamente débiles alrededor de un canal mucho más brillante. La descarga principal utiliza el recorrido que logró establecer la conexión, mientras otras ramas quedan como huellas de los caminos eléctricos que se desarrollaron durante el proceso.
Además, los rayos no ocurren solamente entre una nube y el suelo. También pueden producirse dentro de una misma nube o entre nubes diferentes, donde la geometría de los canales puede ser todavía más extensa y compleja.
Los rayos ramificados, entonces, adquieren su aspecto de árbol porque la electricidad no atraviesa la atmósfera como una línea trazada con regla. Avanza en pasos, prueba múltiples direcciones y genera bifurcaciones mientras ioniza el aire. En una fracción de segundo, ese proceso invisible construye la espectacular red luminosa que vemos cruzar el cielo.
