Pesquisadores do Inpe desvendam por que os raios se ramificam e piscam

Análises de primeiras imagens em super slow motion de raios ascendentes permitiram identificar possível explicação para a formação de estruturas luminosas após a bifurcação de descargas elétricas na atmosfera

Elton Alisson | Agência FAPESP – Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em parceria com colegas dos Estados Unidos, Inglaterra e da África do Sul, registraram pela primeira vez a ramificação e a formação de estruturas luminosas por raios.

Ao analisar as imagens capturadas em câmera lenta – super slow motion – , eles conseguiram desvendar por que os raios se bifurcam e algumas vezes, na sequência, formam estruturas luminosas interpretadas pelos olhos humanos como objetos piscantes.

Os resultados do estudo, apoiado pela FAPESP, foram publicados na revista Scientific Reports.

“Conseguimos fazer a primeira observação óptica desses fenômenos e com isso encontrar uma possível explicação sobre por que os raios se bifurcam e piscam”, diz à Agência FAPESP Marcelo Magalhães Fares Saba, pesquisador do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do Inpe e coordenador do projeto.

Os pesquisadores registraram por meio de câmeras digitais de vídeo de alta velocidade mais de 200 raios ascendentes – que partem de estruturas altas na superfície e se propagam em direção às nuvens – durante tempestades de verão em São Paulo e em Dakota do Sul, nos Estados Unidos, entre 2008 e 2019.

Os raios ascendentes foram disparados por outras descargas elétricas, seguindo o padrão de formação desse tipo de raio menos comum que os descendentes – que descem das nuvens e tocam o solo – descrito pelo mesmo grupo de pesquisadores do Inpe em um estudo anterior (leia mais em https://agencia.fapesp.br/31604/).

“Os raios ascendentes são iniciados a partir da ponta de uma torre ou para-raios de um edifício alto, por exemplo, em consequência da perturbação do campo elétrico da tempestade causada por um raio descendente que ocorra a uma distância de até 60 quilômetros”, explica Saba.

Embora as condições de observação tenham sido muito semelhantes, foram observadas formações de estruturas luminosas em apenas três raios ascendentes, registrados nos Estados Unidos. Esses três raios ascendentes eram formados por uma descarga líder positiva, que se propaga em direção à base da nuvem.

“A vantagem de registrar imagens desses raios para cima é que é possível visualizar toda a trajetória dos líderes positivos, desde o solo até a base da nuvem. Uma vez dentro da nuvem já não é possível observar a descarga”, ressalta o pesquisador.

Os pesquisadores constataram que na extremidade da descarga líder positiva existia outra descarga mais tênue com uma estrutura parecida com a de um pincel.

“Observamos que essa descarga, chamada de pincel corona, pode se bifurcar e definir a trajetória do raio e a sua ramificação”, afirmou Saba.

Quando a ramificação é bem-sucedida, o raio pode seguir à direita ou à esquerda. Quando a ramificação não é bem-sucedida, a descarga corona pode dar origem a segmentos de comprimento muito curto e tão brilhantes quanto o raio.

Esses segmentos aparecem pela primeira vez alguns milissegundos após a divisão do pincel corona e pulsam conforme o raio se propaga em direção às nuvens, revelaram as imagens.

“As piscadas são repetidas tentativas de inicialização de uma ramificação que falhou”, diz Saba.

De acordo com o pesquisador, essas “piscadas” podem explicar por que os raios costumam apresentar várias descargas. Mas essa teoria ainda precisa ser comprovada.

O artigo “Optical observation of needles in upward lightning flashes” (DOI: 10.1038/s41598-020-74597-6), de Marcelo M. F. Saba, Amanda R. de Paiva, Luke C. Concollato, Tom A. Warner e Carina Schumann, pode ser lido na revista Scientific Reports em https://www.nature.com/articles/s41598-020-74597-6.