Mais rápido do que podemos ver: por que os raios caem em zigue-zague?

Se você já prestou atenção ao céu durante uma tempestade, então sabe que um raio nunca atinge o solo em linha reta. A queda dessas descargas elétricas, que podem chegar a 50.000°C, formam linhas irregulares que mudam constantemente de direção, quase um zigue-zague.

Mas por que isso acontece? A ciência ainda não sabe o motivo exato. Porém, já há algumas hipóteses. Uma delas foi abordada num estudo recente do professor John Lowke, pesquisador adjunto da Universidade South Australia na área de fenômenos meteorológicos.

O que rolou?

Segundo sua pesquisa, publicada na revista IOP Science, o zigue-zague dos raios, que ele chama de "degraus", é resultado de algo que ele chama de agrupamento de "moléculas de oxigênio em singleto delta". Ou seja, um estado metaestável (não perfeitamente estável) alterado pela presença de elétrons.

Esse tipo peculiar de oxigênio seria criado dentro das nuvens de chuva por causa dos intensos campos eletromagnéticos presentes, capazes de estimular elétrons de tal forma que acabariam fazendo surgir essas moléculas.

Como um raio nasce

Os raios são correntes de milhares de amperes que cruzam o céu. Eles acontecem quando nuvens de tempestade com um potencial elétrico de milhões de volts se conectam ao solo pelo ar.

Uma única nuvem produz quatro ou cinco raios — que Lowke chama de "leaders" e nós vamos traduzir como apontadores. Esses raios apontadores, invisíveis ao olho nu, descem ao solo simultaneamente em zigue-zague. O primeiro a atingir a Terra vira de fato o raio tradicional, enquanto os demais se extinguem.

"Os [raios] apontadores descem em degraus de cerca de 50 metros (164 pés) de comprimento. Cada degrau se torna brilhante por um milionésimo de segundo, mas, depois, há escuridão quase completa", escreveu o pesquisador para o The Conversation. Essa escuridão, vale dizer, é imperceptível para o olho humano, já que a nossa impressão é de que os raios são sequenciais, sem pausas entre eles.

Cada degrau dura apenas 50 milionésimos de segundos. Após isso, há uma brevíssima pausa e um novo se forma, dando sequência ao raio. É nesse momento que elétrons magnéticos e moléculas de oxigênio interagem, criando as tais "moléculas de oxigênio em singleto delta".

Segundo Lowke, cada degrau brilha porque a coluna é capaz de conduzir eletricidade. Quando ele termina de brilhar, dá lugar ao próximo, e assim por diante, repetidamente, até o raio atingir o solo.

Elétrons órfãos, moléculas excitadas

Ok, então os degraus são agrupamentos de moléculas que conduzem eletricidade. Mas por que essas moléculas de oxigênio são tão especiais a ponto de produzir esse efeito?

Se você se lembra das suas aulas de química no ensino médio, então sabe que os átomos dos elementos ligam-se uns aos outros para compartilhar elétrons e formar moléculas estáveis. Pois bem, dentro da nuvem carregada, nós temos oxigênio (ar) e elétrons.

Após certo ponto, os elétrons acumulam energia suficiente para forçar as moléculas de oxigênio a se tornarem os tais singletos deltas.

Quando isso acontece, os elétrons do oxigênio são forçados a se separar dos átomos (íons negativos). Então, esses íons são automaticamente substituídos por elétrons com carga negativa.

Isso não acontece na nuvem toda, mas basta que 1% das moléculas de oxigênio dentro dela esteja nesse estado de singleto delta para que o raio possa começar — e o ar ganha a capacidade de conduzir eletricidade.

Em cerca de 50 milionésimos de segundo, formam-se moléculas desse tipo suficientes para criar um degrau. Aí, aqueles elétrons que ficaram órfãos de seus átomos conduzem eletricidade e o degrau acende.

Após isso, há um período de escuridão. Nessa fase, a concentração de singletos delta vai aumentando de novo para formar o próximo degrau, e assim sucessivamente.

Lowke lembra que a coluna inteira é eletricamente condutora, sem a necessidade de um campo elétrico e com pouca emissão de luz.

Por que o estudo é importante

O pesquisador comenta que entender como os raios funcionam é muito necessário para pensar, por exemplo, em como podemos projetar para-raios melhores.

"Um aumento nos eventos climáticos extremos significa que a proteção contra raios é cada vez mais importante. Saber como um raio é iniciado significa que podemos descobrir como proteger melhor edifícios, aviões e pessoas", pontuou Lowke.

*Com matéria de dezembro de 2022.