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16 jun. 2020

Así son los 'sprites': un asombroso fenómeno de luz

Todos sabemos cómo son los rayos en una tormenta, pero pocos conocen la existencia de los 'sprites' en el cielo tormentoso. Descubre cómo se forma este tipo de descarga eléctrica que algunos llegan a percibir, y sólo los más afortunados logran fotografiar.
 

Sprite - Una Galaxia Maravillosa
Foto de un sprite tipo "medusa", tomada por Paul M. Smith en 2018 sobre Kaw Lake.

Cuando se desarrolla una tormenta fuerte suelen activarse avisos meteorológicos por el avance de lluvia, viento, granizo y una poderosa actividad eléctrica; todo eso ya lo conocemos y lo esperamos debajo de las nubes de tormenta porque llegan hasta la superficie. Por encima de estas nubes imponentes también pasan cosas, ocurren distintos fenómenos luminosos que son maravillosos.

Sprite luminoso - Una Galaxia Maravillosa
Sprite. Foto: Paul M Smith @PaulMSmithPhoto

Un sprite es un fenómeno asociado a las tormentas cuando la actividad eléctrica es muy intensa. Algunas veces en el tope de la nube cumulonimbus se genera una descarga hacia arriba, hasta alcanzar incluso la parte baja de la ionósfera. Los "sprites" o "espectros rojos", se producen casi simultáneamente al rayo que los desencadena, o con un pequeño retraso de hasta 150 milisegundos. En noches con visibilidad clara sobre poderosas tormentas distantes, es posible ver y capturarlos con fotos.

Los "sprites" pertenecen a un grupo bastante misterioso y colorido de fenómenos naturales llamados Eventos Luminosos Transitorios (por sus siglas en inglés, TLE), que ocurren en la mesósfera.

Los informes visuales de los espectros rojos se remontan al siglo XVIII, pero la ciencia se tomó unos siglos más para describirlos por primera vez, cuando fueron capturados accidentalmente por una cámara en 1989. Años más tarde, en 1994, la Universidad de Alaska logró desde una nave de la NASA tomar la primera imagen en colores de un sprite, con su color rojo característico.

Asi-son-los-sprites - Una Galaxia Maravillosa
TLEs descubiertos hasta el momento. Algunos de sus nombres fueron tomados de “El sueño de una noche de verano” (Shakespeare), por su naturaleza entre misteriosa y espiritual. Imagen: F. Lucena

Cómo se forman

En una tormenta, un rayo puede cambiar abruptamente el campo eléctrico y disparar un flash secundario en una especie de efecto dominó. Los sprites también son iniciados por un gran cambio en el campo eléctrico que ocurre durante un rayo.

Habitualmente los rayos emergen de la región inferior de la nube y muestran polaridad negativa, pero en algunas ocasiones surgen rayos con polaridad positiva (son mucho más potentes y peligrosos). Estos flashes principales transfieren grandes cantidades de carga, y son casi siempre positivos en polaridad, lo que significa que la tierra gana rápidamente una carga neta positiva.

Esto crea de pronto un poderoso campo eléctrico entre la parte superior de las tormentas eléctricas, y una alta concentración de iones cargados positivamente a unos 100 km en la parte inferior de la ionosfera. Este nuevo desequilibrio es el que puede iniciar un sprite.

Otro Sprite - Una Galaxia Maravillosa
Otro Sprite. Foto: Paul M Smith @PaulMSmithPhoto

Así lucen los "sprites"

Paul Smith es uno de los fotógrafos más exitoso del mundo en capturar TLEs. Estas imágenes permiten a los científicos comprender y analizar mejor a estos fenómenos de luz. Los sprites son eventos luminosos que duran centésimas de segundo, la parte inferior del fuerte destello de luz de color rojo está formado por una especie de filamentos o tentáculos de aire ionizado (de entre 10 a 100 metros de grosor), la parte superior de un sprite es difusa y puede llegar desde los 40 hasta casi los 100 km de altura.

Los sprites a menudo se denominan incorrectamente rayos atmosféricos superiores, mientras las temperaturas de los rayos son muy elevadas, los sprites se consideran un fenómeno de plasma frío. La física que hace que los sprites se iluminen brevemente, es muy parecida al proceso que causa las auroras.

Esquema - Una Galaxia Maravillosa
Esquema de la diferencia de altitud entre sprites y auroras. Capturas del video explicativo realizado por @PecosHank y @PaulMSmithPhoto

En el caso de las auroras ocurren a una altura alrededor de 100 a 500 km, dónde penetran en nuestra atmósfera las partículas del Sol de alta energía. Esa altura la atmósfera es principalmente oxígeno molecular y resulta los colores principales amarillo y verde.

En el caso de los sprites la energía no proviene del viento solar, sino que es generada por el poderoso campo eléctrico entre la tormenta y la atmósfera superior. Estos fenómenos ocurren a una altura mucho menor que las auroras, y a esas altitudes la atmósfera es principalmente nitrógeno. La excitación del nitrógeno emite luces azules y rojas, a la presión atmosférica que ocurren los sprites el nitrógeno excita el color rojo, pero a medida que la presión aumenta (cuanto más te acercas a la tierra), el nitrógeno excita a los colores más azules.


Arte de cazar Sprites - Una Galaxia Maravillosa
La excitación del nitrógeno en el aire, a una altura cercana a los 100 km, es el responsable de que los sprites se vean de color rojo.

El arte de “cazar sprites”

Debido a su rápida formación no se puede seguir con los ojos, pero su estructura vertical y el color rojo pueden ser percibidos. Son de difícil captura porque tienen una duración aproximada de sólo 20 milisegundos, y ocurren a una altura muy elevada. Como ya dijimos los primeros sprites fueron fotografiados por las cámaras a bordo del transbordador espacial, pero hoy en día los "cazadores de sprites" fotografían periódicamente a estos sistemas desde la Tierra, sin necesidad de estar en una nave.

Con imágenes del radar local deben comprobar el pronóstico de tormentas con fuerte actividad eléctrica y a menos de dos kilómetros de su ubicación. Además, es imprescindible un cielo claro por encima de las nubes de las tormentas distantes. Luego apuntan sus cámaras de alta resolución (capaces de fotografiar 10 mil fotogramas por segundo) hacia la dirección de las tormentas. Algunos utilizan un modificado DLST de infrarrojos, pero cualquier cámara réflex digital de alta resolución podría capturarlos.

Algunos fotógrafos suelen disparar de 2 a 4 segundos de exposiciones continuas. Se requiere mucha paciencia, perseverancia, y también algo de suerte para poder lograr tomarles una foto. Lanzamos el desafío, ¿quién lo logrará?

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