La estación espacial internacional capta destellos de rayos gamma y ‘elfos’

Tormenta vista desde la estación espacial internacional. / ESA/NASA

Cuando el 10 de octubre de 2018 la estación espacial internacional (ISS) sobrevolaba Indonesia captó sobre el mar de las Molucas, entre las islas de Sulawesi y Halmahera, un potente rayo luminoso en el interior de una nube de tormenta.

Se han observado simultáneamente dos violentos fenómenos atmosféricos: un estallido de rayos gamma terrestre y un enorme anillo de luz conocido como ‘elfo’

Enseguida los instrumentos de la nave observaron que, tras el destello, en cuestión de milisegundos, se producían a la vez un estallido de radiación gamma y un brillante anillo de luz ultravioleta y visible conocido como ‘elfo’.

Esta semana un equipo de investigadores de la Universidad de Valencia (UV), la Universidad Técnica de Dinamarca, la Universidad de Bergen (Noruega) y el Instituto Nacional de Astrofísica italiano publican en Science los resultados de aquellas dos observaciones, que ahora se han podido relacionar.

“Hemos encontrado la asociación entre los llamados terrestrial gamma ray flashes (TGF), sin duda los fenómenos más violentos de la atmósfera de la Tierra, con los transiente luminous events (TLE, efectos luminosos transitorios que además de elfos incluyen otros eventos como ‘duentes’ con forma de zanahoria y chorros azules), observados tanto en el óptico como, por primera vez, en el ultravioleta”, destaca Víctor Reglero, director del Laboratorio de Procesamiento de Imágenes de la UV y coautor del trabajo.

Los TGF son descargas de alta energía X y gamma de muy corta duración (0,001 segundos) y muy escasos (se detectan uno o dos diariamente, frente a los rayos normales que se encuentran entre uno y cuatro millones por día). Por su parte, los elfos son anillos que expanden ondas de emisión ultravioleta y óptica en la ionosfera por encima de las tormentas.

Hasta el momento existían teorías que indicaban su correlación, basadas en observaciones desde satélites o desde la Tierra, pero no de forma simultánea como se ha comprobado ahora.

Escenario propuesto: un potente rayo dentro de la nube (IC, intra-cloud) genera el destello de rayos gamma terrestre (TGF) y un pulso electromagnético (EMP). Este pulso activa la expansión de ondas ultravioletas en la ionosfera inferior (elve o elfo). El instrumento ASIM capta las emisiones del TGF y la radiación ultravioleta desde la estación espacial internacional. La zona gris es el suelo. / Torsten Neubert et al./Science

La ayuda del instrumento ASIM

Establecer su conexión en el espacio y en el tiempo ha sido posible, además de a estar en el momento y lugar oportunos, a contar con el monitor de interacciones atmósfera-espacio (ASIM), un instrumento que cubre gran parte del espectro electromagnético, desde el óptico a los rayos gamma y la radiación ultravioleta.

Sus datos muestran que el destello de rayos gamma terrestre o TGF fue generado por campos eléctricos muy intensos producidos justo antes de que apareciera un rayo en el interior de las nubes de tormenta.

El rayo también lanzó un pulso electromagnético que, a su vez, indujo la emisión ultravioleta del ‘elfo’, visible desde el espacio con su característica forma de disco de radiación que se expande y llega hasta la ionosfera.

Según los autores, estos resultados ayudan a comprender mejor el proceso por el cual los destellos de rayos gamma terrestres se generan a partir de tormentas eléctricas, y su conexión con fenómenos electromagnéticos de la capa atmosférica superior.

Escenario propuesto: un potente rayo dentro de la nube (IC, intra-cloud) genera el destello de rayos gamma terrestre (TGF) y un pulso electromagnético (EMP). Este pulso activa la expansión de ondas ultravioletas en la ionosfera inferior (elve o elfo). El instrumento ASIM capta las emisiones del TGF y la radiación ultravioleta desde la estación espacial internacional. La zona gris es el suelo. / Torsten Neubert et al./Science

“La correlación no es solo temporal, también lo es en la posición de los eventos en la atmósfera, que hemos podido ver gracias al sistema de imagen gamma desarrollado por los equipos de la UV y el INTA”, destaca Reglero, quien afirma que estos fenómenos “son nuevos y poco conocidos, pero muestran los aspectos más violentos de la atmósfera terrestre y tienen un impacto potencial en el circuito eléctrico global de la Tierra”.

El instrumento ASIM, creado por la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA, opera desde hace un año y medio desde la ISS. Fue desarrollado por la Universidad de Valencia, la Universidad Técnica de Dinamarca y la Universidad de Bergen. Con su puesta en marcha se pretendía detectar los TGF, y este estudio es un ejemplo de cómo lo ha conseguido.

Monitor de interacciones atmósfera-espacio (ASIM) operando en el módulo del laboratorio europeo Columbus de la ISS. / NASA

Referencia bibliográfica:

T. Neubert et al. “A terrestrial gamma-ray flash and ionospheric ultraviolet emissions powered by lightning”. Science, diciembre de 2019. 10.1126/science.aax3872 (2019).

El estudio también se ha presentado esta semana en el congreso de la Unión Americana de Geofísica (AGU) que se celebra estos días en San Francisco (EE UU).