Atualizado 2 de setembro de 2025 por Sergio A. Loiola
Cientistas finalmente desvendam o mistério do mecanismo de disparo dos Raios. Abrem caminho para colher energia dos raios e tornar realidade Para-raios a laser.
Embora pareça trivial o mecanismo de disparo dos raios, ele ficou oculto até o primeiro quarto de sec XXI. Até aqui era um enigma para a ciência.
A descoberta do mecanismo de disparo de descargas de elétrons no meio das nuvens viabilizará os sonhados para-raios dinâmicos a laser, melhorando a proteção de forma efetiva de sistemas terrestre e a navegação aérea.
Alem disso, pode viabilizar a coleta de energia elétricas dos raios, melhorar a previsão do clima e dos fenômenos da atmosfera, e ajudar a desvendar inúmeros outros processos físicos e biológicos envolvendo raios.
Essa magnífica descoberta foi publicada no Journal of Geophysical Research, e o para raio laser na Revista The European Physical Journal Applied Physics.
Veremos a seguir como os raios são disparados, em texto, imagens e vídeos.
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Como os raios começam?
Embora a ciência já explique há muito tempo como os raios descarregam, os eventos atmosféricos precisos que os desencadeiam dentro das nuvens de tempestade continuam sendo um mistério desconcertante.
Victor Pasko e colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, deram agora um passo à frente e afirmam ter resolvido esse mistério.
A explicação para o nascimento de um raio é que fortes campos elétricos nas nuvens de tempestade aceleram elétrons, que então colidem com moléculas como nitrogênio e oxigênio.
Essas colisões, por sua vez, produzem raios X, iniciando um dilúvio de elétrons adicionais e fótons de alta energia.
E é essa cascata de partículas que forma a condição perfeita para que a carga acumulada na nuvem dispare na forma de um raio.
“Nossas descobertas fornecem a primeira explicação quantitativa precisa de como os raios se iniciam na natureza,” disse Pasko. “Elas conectam os pontos entre raios X, campos elétricos e a física das avalanches de elétrons.”
Vídeo curto: Como os raios se formam
A equipe utilizou modelagem matemática para confirmar e explicar observações de campo de fenômenos fotoelétricos na atmosfera terrestre.
Esses fenômenos ocorrem quando elétrons de energia relativística, semeados por raios cósmicos que entram na atmosfera vindos do espaço sideral, se multiplicam em campos elétricos de tempestades, emitindo breves explosões de fótons de alta energia.
Vídeo longo: Como se formam os raios?
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Explosões terrestres de raios gama
O fenômeno envolvido, conhecido como explosão de raios gama terrestre, compreende as explosões invisíveis e naturais de raios X e as emissões de rádio que as acompanham.
Embora as explosões de raios gama sejam comumente associadas com eventos cosmológicos, essas explosões locais, também conhecidas como “relâmpagos escuros“, foram descobertas na Terra em 1991.
“Ao simular condições com nosso modelo que replica as condições observadas em campo, oferecemos uma explicação completa para os raios X e as emissões de rádio presentes nas nuvens de tempestade,” disse Pasko.
“Demonstramos como os elétrons, acelerados por fortes campos elétricos nas nuvens de tempestade, produzem raios X ao colidir com moléculas do ar, como nitrogênio e oxigênio, e criam uma avalanche de elétrons que produzem fótons de alta energia que iniciam os raios.”
Vídeo: Futuris: O laser que rouba eletricidade aos relâmpagos
Além de revelar a origem dos raios, os pesquisadores também explicaram por que os flashes de raios gama terrestres são frequentemente produzidos sem flashes de luz e rajadas de rádio, que são assinaturas familiares de raios durante tempestades –
É por isso que eles são conhecidos como raios “escuros”.
“Em nossa modelagem, os raios X de alta energia produzidos por avalanches de elétrons relativísticas geram novos elétrons-semente impulsionados pelo efeito fotoelétrico no ar, amplificando rapidamente essas avalanches,” explicou Pasko.
[Imagem: T. Produit et al. – 10.1051/epjap/2020200243]
“Além de ser produzida em volumes muito compactos, essa reação em cadeia descontrolada pode ocorrer com intensidade altamente variável, frequentemente levando a níveis detectáveis de raios X, enquanto acompanhada por emissões ópticas e de rádio muito fracas.”
Isso explica por que esses flashes de raios gama podem emergir de regiões de origem que parecem opticamente fracas e silenciosas em termos de rádio.
Vídeo: Por que não captamos a energia dos raios?
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Para-raios a laser prestes a se tornar realidade com a descoberta do mecanismo de disparo dos raios
Nos anos 1960, a invenção do laser trouxe uma nova esperança: Usar lasers de alta potência para criar “caminhos de plasma” pelos quais os raios pudessem descer para pontos determinados, se possível longe das construções.
Mas logo ficou claro que não era fácil implementar essa ideia porque ela exigia lasers com potência na casa dos terawatts
Alem disso, o laser potente teria que ser ligado e desligado muito rapidamente, milhares de vezes por segundo, para evitar um fenômeno conhecido como “avalanche de elétrons“, que impede que o caminho de plasma seja traçado atmosfera acima.
Pesquisadores europeus agora estão tentando ressuscitar a ideia.
Para isso, eles construíram um laser único no mundo, que eles acreditam que poderá finalmente comprovar que é possível guiar raios à distância para pontos definidos.
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O Projeto do Para-raios a laser
O projeto LLR (Laser Lightning Rod, ou para-raios a laser), instalado no Monte Santis, na Suíça, usa um laser de 5 toneladas e 9 metros de altura, com potência na faixa dos terawatts, emitindo radiação pulsada com frequência na faixa dos kHz.
O objetivo é ambicioso, mas simples: Demonstrar que os lasers podem controlar e desviar com segurança os raios.
O sistema de laser será usado para estimular relâmpagos e guiá-los para a torre de telecomunicações de 123 metros de altura, instalada na mesma montanha.
Isso iniciará e guiará os relâmpagos descendentes de nuvens de tempestade, eventualmente mostrando que é possível guiá-los para lugares onde não causarão danos.
O laser irá disparar 1.000 pulsos ultracurtos de laser na atmosfera a cada segundo. Ao fazer isso, ele irá gerar um longo canal ionizado, chamado filamento de laser, em direção às nuvens.
O filamento do laser atuará como caminho preferencial para o raio, desviando-o de locais vulneráveis.
Os testes já começaram e deverão durar até o fim do verão no hemisfério norte.
Política de Uso
É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
DESCOBERTO COMO RAIOS DISPARAM VIABILIZARÁ PARA-RAIO A LASER
Bibliografia
Revista: Journal of Geophysical Research
Artigo: Photoelectric Effect in Air Explains Lightning Initiation and Terrestrial Gamma Ray Flashes
Autores: Victor P. Pasko, Sebastien Celestin, Anne Bourdon, Reza Janalizadeh, Zaid Pervez, Jaroslav Jansky, Pierre Gourbin
DOI: 10.1029/2025JD043897
Revista: The European Physical Journal Applied Physics
Artigo: The laser lightning rod project
Autores: Thomas Produit, Pierre Walch, Clemens Herkommer, Amirhossein Mostajabi, Michel Moret, Ugo Andral, Antonio Sunjerga, Mohammad Azadifar, Yves-Bernard André, Benoît Mahieu, Walter Haas, Bruno Esmiller, Gilles Fournier, Peter Krötz, Thomas Metzger, Knut Michel, André Mysyrowicz, Marcos Rubinstein, Farhad Rachidi, Jérôme Kasparian, Jean-Pierre Wolf, Aurélien Houard
Vol.: 93, 10504
DOI: 10.1051/epjap/2020200243
Inovação Tecnológica
Como os raios começam? Cientistas finalmente desvendam o mistério
