Os relâmpagos têm formas distintas em zigue-zague e os físicos há muito se perguntam por quê. Agora, John Lowke e Endre Szili na University of South Australia fizeram cálculos que poderiam explicar esse comportamento.
A dupla criou um modelo que descreve a propagação incomum de “líderes de raios” – canais de ar ionizado – que conectam nuvens de tempestade ao solo. Eles propõem que as etapas em ziguezague estejam associadas a átomos de oxigênio altamente excitados e metaestáveis – o que torna muito mais fácil para a corrente elétrica fluir pelo ar.
O relâmpago parece se propagar em uma série de etapas que envolvem líderes, que têm dezenas de metros de comprimento e se originam de nuvens de tempestade. Um líder acenderá por cerca de 1 µs conforme a corrente flui, criando um degrau. Em seguida, o canal escurecerá por dezenas de microssegundos, seguido pela formação do próximo degrau luminoso no final do líder anterior – às vezes com ocorrência de ramificação. Esse processo se repete para criar uma forma familiar de raio irregular. Um aspecto curioso desse processo é que, uma vez que um degrau tenha acendido e escurecido, ele não volta a acender – apesar de fazer parte da coluna condutora.
Sabe-se que esse passo é responsável pelos padrões distintos de zigue-zague encontrados nos relâmpagos, mas há várias perguntas sem resposta sobre a física por trás desse fenômeno. Em particular, a natureza das colunas escuras, mas condutoras, que conectam os líderes às nuvens tempestuosas permaneceu em grande parte um mistério.
Oxigênio singleto delta
Em seu estudo, Lowke e Szili calculam que o comportamento de passo pode estar conectado a um acúmulo de moléculas de oxigênio altamente excitadas chamadas de “oxigênio metaestável delta singleto”. Essas moléculas têm um tempo de vida radiativo de aproximadamente uma hora e fazem com que os elétrons se separem dos íons negativos de oxigênio – aumentando a condutividade do ar ao seu redor.
O físico que doma o raio
A dupla sugere que o tempo entre as etapas sucessivas corresponde ao tempo necessário para que concentrações suficientes das moléculas metaestáveis se acumulem nas pontas dos líderes. Isso aumenta o campo elétrico na ponta, possibilitando mais ionização na próxima etapa. Além disso, os pesquisadores propõem que altas concentrações de oxigênio singleto delta devam perdurar nas etapas anteriores, permitindo que essas etapas mantenham sua condutividade elétrica, mesmo sem um campo elétrico sustentador.
Lowke e Szili esperam que uma melhor compreensão desse processo possa levar a novas técnicas e regulamentações mais rígidas para proteger edifícios contra raios. Isso poderia minimizar os danos econômicos e ambientais causados por raios, reduzindo a ameaça à vida e à integridade física.
A pesquisa é descrita em Journal of Physics D: Física Aplicada.
