Elfos, trolls y gnomos

Tal vez los nombres de estas criaturas mitológicas en el título de un artículo de divulgación científica le llamaron la atención; sin embargo, la descripción es correcta y espero que tenga la paciencia suficiente para llegar al final y enterarse del motivo.

Permítame empezar este relato, querido lector, preguntándole si en alguna de esas aburridas noches de viaje con tormentas en el horizonte, especialmente en avión, ha tenido la impresión de haber visto algo, un destello de luz tan breve y fugaz que cuando lo ha querido comentar ha desaparecido y lo deja solamente con la inquietud de la experiencia recién vivida. Esto no sucede solo a los viajeros; de hecho, en los albores de la aviación, muchos pilotos intrépidos, volando en noches oscuras y tormentosas, juraban haber visto intensas luces en el cielo, que a diferencia de los relámpagos normales, aparecían sobre las nubes de tormenta. La brevedad de ellas inspiró una serie de nombres que describían elusivas criaturas de diversas mitologías y variadas características.

p-09a En 1988 se detectaron destellos de luz intensos y muy breves en las partes altas las atmósferas de Júpiter y Saturno, lo que llamó la atención de muchos astrónomos y se empezó a especular sobre la presencia de este tipo de fenómenos en la Tierra. En 1989, durante la prueba de un nuevo tipo de cámara de TV para condiciones de muy poca luz montada en un avión, se registraron algunos de estos eventos sobre nubes de tormenta en el Mar de China, abriendo paso al estudio de estos fenómenos luminosos.

Por su brevedad (de un microsegundo hasta dos segundos) y su característico brillo se les designó genéricamente como Eventos Luminosos Transitorios (o TLE, por sus siglas en inglés) conocidos como elfos, trolls, gnomos y sprites, entre otros.

Empezaré con los elfos, miembros de la mitología nórdica y germánica que tenían propiedades mágicas como la inmortalidad y la belleza extrema. Elfos son ELT´s que se observan en las altas capas de la atmósfera (90 – 100 km), con apariencia discoidal. Fueron predichos desde los 30’s por meteorólogos que trataban de introducir un mecanismo que equilibrara eléctricamente a la atmósfera sobre las regiones de tormentas, supuestamente roto posteriormente a la observación de las descargas típicas hacia la tierra; los elfos fueron observados hasta 1994. El nombre es el acrónimo en inglés (bastante forzado) de Emissions of Light and VLF from EMP Sources. (Emisiones de Luz y radiación de muy baja Frecuencia por fuentes de Pulsos Electromagnéticos). Son enormes, de 100 a 800 km de diámetro, aunque típicamente son del orden de 400 km, logrando disipar hasta 100 millones de Joules que equivalen a una potencia de 60 Gigawatts, energía comparable a la consumida en EU por año. Muestran una tonalidad rojiza y su desarrollo es el más largo de todos los TLE’s. Se originan en la colisión del nitrógeno atmosférico, con electrones acelerados por el pulso electromagnético generado en una tormenta subyacente. Los elfos pueden aparecer aislados o acompañados de otros fenómenos luminosos, como chorros azules o sprites.

p-09bSeguimos con los trolls, miembros de una mítica raza antropomorfa escandinava. En la familia de los TLE’s, los llamados TROLLS (Transient Red Optical Luminous Lineament o alineaciones de destellos luminosos rojos) son destellos que, en las primeras grabaciones, aparecían como manchas rojizas redondas con una larga extensión asociada a manera de cola; sin embargo, cámaras más rápidas mostraron que son unas sucesión de eventos que ocurren generalmente después de un destello (o Sprite) muy energético.

Los gnomos, según las antiguas mitologías de Europa del Norte, son enanos fantásticos que moran en las entrañas de la Tierra trabajando en las minas, custodiando los tesoros. Los TLE’s son breves (algunos microsegundos) destellos de luz blanca normalmente producida en la capa superior de las tormentas; típicamente presentan un ancho de 150 m y solo 1 km de altura. Por eso son de los más elusivos para su estudio.

Los TLE’s más frecuentes son los llamados sprites (o duendecillos en inglés) de las siglas Stratosphe-ric/Mesospheric Perturbations Resulting [from] Intense Thunderstorm Electrification (perturbaciones estrato/mesosféricas resultantes de tormentas intensamente electrificadas); son destellos intensos y breves que ocurren instantes después de la emisión de rayos en la tormenta subyacente, ascendiendo rápidamente hasta alturas de 100 km. Estos fenómenos se presentan de diversas maneras, algunas veces semejando zanahorias, medusas y hasta algunas personas los identifican con ángeles alados.

Finalmente mencionaré los llamados chorros azules o blue jets, que son destellos cónicos de luz muy azul. Hay varios tipos; se han detectado algunos a grandes alturas por el transbordador espacial, pero la mayoría de ellos se presenta de manera aislada y aparece a menor altura que los demás TLE’s, empezando desde los 15 hasta los 45 km de altura, lo que hace más difícil su estudio desde la superficie. A finales de los 90’s se reportó un tipo particular de chorro azul llamado “iniciador”, pues se detectaron a menor altura y precediendo a los chorros azules gigantes por algunas fracciones de segundo. Con las mejores técnicas en la observación de estos fenómenos, la naturaleza de los iniciadores y los chorros azules normales se podrá entender mejor. Dentro de esta categoría se encuentran los llamados chorros gigantes, que se consideran híbridos entre los elfos y los chorros azules, pues mientras la parte superior es ensanchada, en forma de hongo o disco (como los elfos), la parte inferior es delgada y más azul, (parecida a los jets). Estos eventos son raros, pero dada su mayor duración y alta luminosidad, se detectan de manera más frecuente.

El estudio de estos fenómenos no se ha limitado a sus características ópticas; en 2003 se hizo una campaña en Europa para detectarlos de acuerdo al sonido producido por estos destellos, a los que se les considera como infrasonidos por su frecuencia de algunos hertz. Este programa echó mano de la red de monitoreo de pruebas atómicas, lo que ha sido un gran aporte, pues a diferencia de los demás métodos de detección, el sonido no depende de las condiciones de iluminación y así se puede complementar el estudio en el caso del hemisferio diurno.

También se han estudiado a los TLE’s en la ventana de radio, encontrándose resultados interesantes que relacionan estos fenómenos luminosos con algunas ráfagas detectadas en longitudes de onda centimétricas. Estos estudios emplean la triangulación de las señales registradas para determinar las posiciones de generación de los TLE’s con grandes redes de antenas operadas por radioaficionados.

A estas alturas el lector se estará preguntando qué relación existe entre todo lo expuesto aquí y la FCFM. La conexión son los rayos cósmicos ultraenergéticos (o UHECR, por las siglas Ultra High Energy Cosmic Rays). Desde los 80’s (antes de la planeación y construcción del observatorio más grande del mundo, el Observatorio Pierre Auger, con 3 mil km cuadrados de extensión e inaugurado en 2008) se había predicho que se llegaría al límite práctico de estos detectores muy pronto. La sugerencia a esto, hecha por el profesor. John Linsley, consistía en observar a la Tierra desde el espacio y buscar las trazas de luz azul que generan estos fenómenos durante su evolución por la atmósfera. Para lograrlo, se necesita conocer el nivel de fondo de luz ultravioleta que hay, ya sea generado por las actividades humanas o por fenómenos naturales. En este punto, la historia empieza a engarzarse pues, con el fin de medir y monitorear este nivel de luz UV desde el espacio colaboramos con algunos colegas de la Universidad Estatal de Moscú, M. Lomonosov. A esta aventura, que lleva el pomposo nombre de “Programa Espacial Universitario”, nos enrolamos gracias a una serie de felices situaciones. Baste decir, para concluir este viaje por fenómenos luminosos breves e intensos en la atmósfera, que el objetivo propuesto para monitorear el nivel de luz UV debido a actividades humanas y fenómenos naturales se cumplió; sin embargo, en las detecciones hechas por los satélites Tatiana I y II, contenían una gran cantidad de TLE’s, iniciando todo este interesantísimo viaje por la física atmosférica.

 

Con la colaboración de Humberto Salazar

y Epifanio Ponce (FCFM-BUAP).

 

omartin@fcfm.buap.mx