Revelan el origen de los 'fantasmas', un tipo de eventos luminosos transitorios en la atmósfera

En la mesosfera, una región de la atmósfera que se creía carente de actividad eléctrica, se producen gigantescos destellos luminosos y breves cuyo descubrimiento, hace apenas tres décadas, sorprendió a la comunidad científica. Dado su carácter esquivo, recibieron nombres extraídos de Sueño de una noche de verano (de William Shakespeare), como ‘duendes’ o ‘elfos’.

Relacionados con los rayos de tormenta, pero situados a decenas de kilómetros sobre las nubes, entre estos acontecimientos raros se encuentran los ‘fantasmas‘ (o GHOSTs, del inglés GreenisH Optical emission from Sprite Tops), unos resplandores verdosos cuyo origen se atribuía al oxígeno.

Ahora, el primer estudio espectroscópico de estos eventos, publicado en la revista Nature Communications, los asocia con metales, como el hierro o el níquel, que nunca se habían incluido en los modelos ópticos de los destellos mesosféricos.

Los ‘fantasmas’ no aparecen de forma aislada, sino que se observan en la región superior de los ‘sprites’ (duendes), un espectacular evento luminoso de apenas centésimas de segundo que muestra una parte superior difusa y una región inferior poblada de aparentes tentáculos (filamentos de aire ionizado de entre 10 y 100 metros de grosor).

Los ‘duendes’ pueden extenderse desde los 40 hasta los casi 100 kilómetros sobre el suelo y, en ocasiones, presentan un ‘fantasma’ verdoso sobre la parte superior difusa, que perdura cientos de milisegundos tras la desaparición del ‘duende’ que lo generó.

Un fantasma (destello verdoso) sobre un duende. / Thomas Ashcraft.

“Desde que, en 1989, se documentaron los primeros ‘Eventos Luminosos Transitorios’ (o TLEs, de sus siglas en inglés), que es como conocemos esta familia de eventos, personas de todo el mundo buscan capturarlos durante las tormentas eléctricas. Y, de hecho, fue un científico aficionado quien fotografió por primera vez un fantasma, el último miembro descubierto de la familia de los TLEs”, señala María Passas Varo, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que lidera el trabajo. 

Hasta ahora, la principal hipótesis para explicar este destello verdoso que aparece sobre algunos ‘duendes’ más intensos apuntaba a la interacción de las partículas cargadas (iones) con el oxígeno atómico presente en la atmósfera, un fenómeno ya identificado en el color verdoso de las auroras. Para corroborarlo, el equipo científico que desarrolló este trabajo inició en junio de 2019 una campaña de observación sistemática para la obtención de espectros de la región superior de los ‘duendes’ (un espectro permite conocer parámetros como la temperatura o composición de un objeto celeste).

“Uno de cada 100 duendes muy intensos genera un fantasma. Hemos analizado más de 2.000 espectros, y solo 42 correspondían a la región alta del ‘duende’, donde los ‘fantasmas’ suelen aparecer. Hace falta mucha suerte y mucha pericia para apuntar el instrumento a la altura adecuada, porque la rendija de observación es muy estrecha y hay que predecir dónde va a aparecer el duende. De los 42 espectros, solo uno tenía relación señal a ruido lo suficientemente intensa”, detalla Passas Varo.

Ese espectro reveló, por primera vez, qué produce los ‘fantasmas’, un proceso en el que el oxígeno contribuye muy poco. El equipo halló, en cambio, que el destello verdoso se debe sobre todo a metales, hierro y níquel, compuestos que nunca se habían tenido en cuenta a la hora de desarrollar modelos ópticos para los TLEs.

Un duende rojo (indicado con la flecha blanca) sobre una tormenta capturado por miembros de la tripulación de la Expedición 44 a bordo de la Estación Espacial Internacional el 10 de agosto de 2015. / NASA.

“Justo ese día observamos ondas de gravedad, unas perturbaciones atmosféricas producidas por movimientos verticales intensos en el aire, como los generados por las tormentas”, según expone la autora. 

“Sabíamos que en la atmósfera existen capas de metales, que proceden de la entrada de polvo interestelar, y todo apunta a que estas fluctuaciones en la densidad del aire hacen que la altitud de estas capas sea variable: así, esta variabilidad sería la responsable de que no siempre aparezcan los ‘fantasmas’”, explica. 

El hallazgo de estos átomos metálicos implica una actualización de los modelos para los eventos luminosos transitorios, cuya comprensión resulta a su vez fundamental para entender cómo funciona el circuito eléctrico global del planeta.

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