Cada segundo, más de 2.000 tormentas descargan rayos sobre la Tierra. Es uno de los fenómenos más comunes del planeta y, sin embargo, los físicos todavía no saben cómo se forman.
El problema no es menor: los campos eléctricos medidos dentro de las nubes son demasiado débiles para desencadenar un rayo según la física clásica. Las tormentas más intensas apenas alcanzan un tercio de la intensidad necesaria. Y aun así, el cielo sigue partiéndose.
La respuesta, sugieren cada vez más investigadores, podría no estar en las nubes sino en los rincones más violentos del universo.
Un problema que parecía resuelto hace siglos
Benjamin Franklin conectó los rayos con las chispas eléctricas de laboratorio en su célebre experimento de 1752. Durante los dos siglos siguientes, los físicos asumieron que el mecanismo era idéntico, solo a mayor escala: los campos eléctricos entre nubes acumulan carga hasta alcanzar un umbral crítico de unos tres millones de voltios por metro, los electrones «avalanchan» y el aire se ioniza hasta volverse incandescente. El misterio parecía cerrado.
El problema llegó cuando los físicos empezaron a medir directamente dentro de las nubes. Las tormentas típicas alcanzan apenas una décima parte del campo necesario para provocar una chispa, y las más intensas llegan, como mucho, a un tercio del umbral crítico. Nunca al valor requerido. Los rayos, sin embargo, caen sin cesar.
Esta contradicción lleva décadas sin una explicación satisfactoria. Como resume Michael Stock, investigador de la Universidad de Oklahoma: «El campo eléctrico tendría que superar el umbral de ruptura convencional. Pero eso no parece ocurrir en la naturaleza».
Rayos gamma sobre las nubes: señal de algo inesperado
En 1994, un satélite diseñado para detectar explosiones cósmicas captó algo completamente inesperado: destellos de rayos gamma procedentes de nubes de tormenta. Los rayos gamma son la forma de luz más energética que existe, asociada normalmente a estrellas moribundas o a colisiones de estrellas de neutrones. No tienen ningún lugar obvio en la física de una nube.
Joseph Dwyer, físico procedente de la astrofísica, reconoció en esos rayos gamma una huella familiar: la de electrones relativistas, partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz y que apenas sienten la resistencia del aire. Un electrón suficientemente veloz puede «escapar» en un campo eléctrico y acelerar sin freno, desencadenando una cascada de cientos de miles de partículas.
Dwyer desarrolló un modelo en el que la avalancha relativista se retroalimenta: cada electrón genera rayos gamma, que producen más electrones y positrones, que inician nuevas avalanchas. El resultado amplifica el campo eléctrico local y produce los destellos observados desde el espacio. «Es como acercar un micrófono a un altavoz», explica Dwyer. «El volumen sube muy rápido».
La misión ALOFT: datos que confirman lo improbable
En julio de 2023, un equipo de físicos equipó un avión de la NASA con detectores de rayos gamma y sobrevoló el núcleo de tormentas tropicales en el Golfo de México, el Caribe y Centroamérica. La misión, denominada ALOFT, produjo el mayor conjunto de datos nuevos sobre rayos en toda una generación.
Los resultados confirmaron que las nubes emiten rayos gamma demasiado tenues para detectarse desde el espacio, y que parpadean incluso cuando no hay rayos visibles. Lo más llamativo fue el patrón de ese parpadeo. Dwyer había calculado de antemano exactamente qué tipo de fluctuación producirían sus avalanchas subatómicas, y los datos observados coincidieron con sus predicciones. Fue la evidencia más sólida hasta la fecha de que estos procesos ocurren dentro de tormentas reales.
Otros investigadores han ampliado el modelo. Victor Pasko, en Penn State, confirmó que los electrones energéticos desempeñan un papel en la iniciación de los rayos en distintas condiciones. «Hasta hace muy poco, prácticamente solo Dwyer hablaba de esto», señala Caitano da Silva, del Instituto de Tecnología de Nuevo México.
¿Y si los rayos llegaran del espacio exterior?
Datos recogidos en 2025 en el desierto de Nuevo México han añadido una capa más de complejidad. Xuan-Min Shao, del Laboratorio Nacional de Los Álamos, analizó las ondas de radio emitidas durante doce rayos separados y reconstruyó cómo se movió la corriente en el instante inicial de cada descarga. Encontró algo que ninguna teoría basada en procesos puramente eléctricos puede explicar: la dirección inicial de algunos rayos no se alineaba con el campo eléctrico local.
Shao interpreta esta desviación como evidencia de lluvias de rayos cósmicos: partículas expulsadas por agujeros negros o explosiones estelares que viajan miles de millones de años luz hasta chocar con la atmósfera terrestre. Estas partículas extragalácticas podrían ionizar el aire en un ángulo aleatorio y desencadenar una avalancha incluso con campos eléctricos débiles.
La hipótesis divide a la comunidad científica. David Smith, de la Universidad de California en Santa Cruz, considera los datos «extremadamente convincentes». Brian Hare, del Instituto Neerlandés de Radioastronomía, advierte en cambio que los rayos cósmicos son procesos mal conocidos y pueden convertirse en una «varita mágica» para explicar cualquier anomalía difícil de resolver.
Un misterio que se profundiza con cada respuesta
La imagen que emerge no es la de un único mecanismo ganador, sino la de varios procesos que probablemente coexisten. Las agujas de hielo, las avalanchas relativistas y los rayos cósmicos podrían actuar por separado o en combinación según la tormenta, el momento y las condiciones específicas de cada nube.
Mientras tanto, un radiotelescopio en los Países Bajos está produciendo las imágenes más detalladas hasta la fecha del instante en que un rayo comienza a ramificarse. Muestran que algunas ramas avanzan rápido, otras despacio, y ciertas estructuras en forma de aguja que no encajan en ningún modelo actual. Cada nueva medición abre preguntas que antes no existían.
Como resume Dwyer: «Cuanto más miramos, más extraño se vuelve. Nuestras imágenes simples están claramente incompletas».
Hay algo profundamente desconcertante en esa conclusión. Los rayos llevan cayendo sobre la Tierra desde antes de que existiera la vida, y los seres humanos llevan observándolos desde que tienen memoria. Y sin embargo, resulta que para entender por qué el cielo se parte, hay que mirar hacia las explosiones de estrellas lejanas y los agujeros negros del universo profundo. Quizá la frontera entre lo cotidiano y lo cósmico nunca fue tan nítida como creíamos.