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Por décadas, cientistas sabiam como os raios se propagam, mas ainda restava uma dúvida central: o que exatamente desencadeia essas descargas dentro das nuvens de tempestade? Um novo estudo conduzido pelo professor Victor Pasko, da Penn State University, pode ter solucionado esse enigma atmosférico, revelando a reação em cadeia que dá origem a um raio.
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Publicado nesta segunda-feira (28) no Journal of Geophysical Research, o trabalho descreve com precisão como campos elétricos intensos nas nuvens aceleram elétrons, que colidem com moléculas como nitrogênio e oxigênio, produzindo raios-X e desencadeando uma avalanche de partículas — uma combinação energética que culmina na formação de um raio.
A origem da descarga
Segundo Pasko, a equipe chegou à primeira explicação quantitativa e detalhada de como os raios se iniciam na natureza. O modelo desenvolvido conecta fenômenos como os raios-X, os campos elétricos e o efeito avalanche de elétrons — um processo em que partículas de alta energia, influenciadas por raios cósmicos vindos do espaço, se multiplicam no interior das nuvens de tempestade.
Essa multiplicação de elétrons relativísticos leva à emissão de flashes de raios gama terrestres, fenômenos invisíveis que incluem rajadas curtas de radiação e emissões de rádio. Essas descargas, apesar de naturais, muitas vezes não apresentam os sinais visuais e sonoros comuns ao fenômeno.
Modelagem inédita das condições atmosféricas
O modelo usado na pesquisa, batizado de Photoelectric Feedback Discharge, simula as condições físicas que favorecem a origem de um raio. Zaid Pervez, doutorando em engenharia elétrica e coautor do estudo, cruzou os resultados da simulação com dados reais coletados por sensores no solo, satélites e aeronaves de alta altitude.
“Conseguimos explicar como os eventos fotoelétricos ocorrem e quais são as condições necessárias nas nuvens para iniciar essa cascata de elétrons”, afirmou Pervez. “Também identificamos o que gera a variedade de sinais de rádio detectados nas nuvens momentos antes de um raio.”
Os dados do modelo foram comparados a pesquisas anteriores e a trabalhos do próprio Pervez sobre descargas compactas entre nuvens, um tipo específico de raio que ocorre em áreas pequenas e localizadas.
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Flashes de raio gama sem luz nem som
Um dos aspectos explicados pelo estudo é por que certos flashes de raios gama terrestres ocorrem sem os sinais usuais de uma tempestade, como clarões ou ruídos. Isso acontece, segundo os autores, porque essas reações ocorrem em volumes muito pequenos e com intensidades variáveis, produzindo níveis detectáveis de raios-X, mas com emissões ópticas e de rádio bastante fracas.
Além de Pasko e Pervez, o artigo tem coautoria de cientistas da França, República Tcheca, Dinamarca e dos Estados Unidos, incluindo um especialista da NASA. As equações do modelo estão disponíveis no próprio artigo, permitindo que outros pesquisadores possam utilizar a simulação em estudos futuros.
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