Raios X revelam segredos dos relâmpagos ascendentes positivos na Torre Säntis

A forma como encaramos os relâmpagos tende a ser algo unidireccional. Vemo-los descer do céu em canais estaladiços de electricidade, como o símbolo máximo da força de uma tempestade.

Contudo, os relâmpagos nem sempre seguem uma trajectória descendente. Agora, cientistas obtiveram uma primeira medição que poderá ajudar a explicar como se forma esta poderosa manifestação da natureza.

Relâmpagos ascendentes positivos e raios X

Numa modalidade de relâmpago que sobe em direcção ao céu, conhecida como descargas positivas ascendentes, uma equipa liderada pelo astrofísico Toma Oregel-Chaumont, da Escola Politécnica Federal de Lausana (EPFL), detectou e mediu directamente a emissão de raios X.

As descargas positivas ascendentes começam com líderes de carga negativa num ponto situado a grande altitude. Estes avançam por etapas em direcção ao céu até se ligarem a uma nuvem de trovoada, antes de transferirem uma carga positiva para o solo. A identificação da radiação X poderá também contribuir para reduzir, em todo o mundo, os danos provocados pelos relâmpagos.

"Ao nível do mar, as descargas ascendentes são raras, mas podem tornar-se no tipo predominante a grandes altitudes", afirma Oregel-Chaumont. "Também podem causar mais danos, pois, numa descarga ascendente, o relâmpago mantém-se em contacto com uma estrutura durante mais tempo do que numa descarga descendente, tendo assim mais tempo para transferir carga eléctrica."

Os raios X são um fenómeno já associado aos relâmpagos. Foram detectados em relâmpagos descendentes entre nuvens e o solo, bem como em relâmpagos desencadeados por foguetões; em ambos os casos, surgiram durante a fase descendente do líder-dardo negativo. Também foram observados na fase de líder-dardo dos relâmpagos negativos ascendentes.

A Torre Säntis como laboratório natural

No entanto, a detecção de raios X durante a fase de líder-dardo de quatro descargas positivas ascendentes emitidas pela Torre Säntis, na Suíça, representa, segundo Oregel-Chaumont e a sua equipa, uma nova ferramenta para compreender os relâmpagos.

"O mecanismo concreto através do qual um relâmpago se inicia e se propaga continua a ser um mistério", explicam os investigadores. "A observação de relâmpagos ascendentes a partir de estruturas altas, como a torre Säntis, permite relacionar as medições de raios X com outras grandezas registadas em simultâneo, como observações de vídeo de alta velocidade e correntes eléctricas."

A Torre Säntis está numa localização especialmente favorável ao estudo dos relâmpagos. Projectada e utilizada como torre de telecomunicações e estação de monitorização meteorológica, esta estrutura com 124 metros de altura encontra-se no topo do Monte Säntis, com 2.502 metros de altitude, nos Alpes de Appenzell.

Erguendo-se para o céu como um dedo, é um alvo privilegiado para os relâmpagos. De facto, é atingida por descargas eléctricas cerca de 100 vezes por ano.

A elevada altitude e a vista desimpedida a partir de montanhas próximas fazem deste local um excelente ponto para registar e analisar o comportamento dos relâmpagos. Os investigadores captaram as quatro descargas ascendentes com câmaras de alta velocidade; uma delas foi mesmo gravada a impressionantes 24.000 fotogramas por segundo.

Emissões breves e danos nas estruturas

As câmaras permitiram à equipa distinguir as descargas positivas ascendentes que emitem raios X das que não os emitem. A emissão de raios X é extremamente curta, desaparecendo no primeiro milissegundo da formação do líder, e está relacionada com alterações muito rápidas no campo eléctrico e com a velocidade a que a corrente varia.

Segundo os investigadores, esta conclusão pode ter implicações na redução da destruição causada pelos relâmpagos em estruturas construídas pelo ser humano.

"Como físico, gosto de conseguir compreender a teoria por detrás das observações, mas esta informação também é importante para entender os relâmpagos numa perspectiva de engenharia", afirma Oregel-Chaumont.

"Estão a ser construídas cada vez mais estruturas em grande altitude, como turbinas eólicas e aeronaves, com materiais compósitos. Estes conduzem menos electricidade do que metais como o alumínio e, por isso, aquecem mais, tornando-se vulneráveis aos danos causados por relâmpagos ascendentes."

A investigação da equipa foi publicada na revista Relatórios Científicos.