Por que os raios fazem zigue-zague

O relâmpago pode iluminar o céu com um flash brilhante e assumir uma variedade de formas, mas se você o desenhar, quase certamente riscará um zigue-zague. Mas o que dá aos raios essa forma de galho? Por que um raio faz zigue-zague pelo céu, em vez de descarregar em linha reta entre uma nuvem de tempestade e o solo?

No estudo publicado em dezembro de 2022 no Journal of Physics D: Applied Physics, o físico John Lowke da University of South Australia, sugere que o padrão característico em zigue-zague do raio é causado por uma forma altamente condutora de oxigênio que se acumula irregularmente à medida que o raio viaja em direção ao solo, às vezes por grandes distâncias.

Fotografias extremamente rápidas de raios mostram que um raio é precedido por “líderes” de ar ionizado (eletricamente carregado) que se ramificam do fundo de uma nuvem de tempestade. Na maioria dos casos, esses líderes são fracos demais para serem vistos a olho nu. São esses líderes, não o raio final, que formam o padrão escalonado, disse Lowke.

O ar geralmente atua como um isolante, mas os líderes criam regiões com altas concentrações de uma forma especial de oxigênio altamente condutor chamado “oxigênio singleto delta” – isto é, moléculas de oxigênio com um estado de energia inferior ao normal.

Cada “zig” ou “zag” de um líder – um “degrau” com cerca de 50 metros de comprimento – é causado pela descarga de carga elétrica em tal região, disse Lowke.

Os poderosos campos magnéticos da última etapa criam quase instantaneamente moléculas adicionais de oxigênio singlete delta a partir das moléculas regulares de oxigênio na atmosfera, e as concentrações desse oxigênio altamente condutor podem se ramificar em todas as direções de onde a etapa termina, explicou ele.

O líder descarrega em etapas sucessivas em cerca de um milionésimo de segundo, cada uma seguida por um período “escuro” fugaz, onde as fotografias não mostram nenhuma descarga visível e, finalmente, atinge o solo ou um objeto alto conectado a ele. Esse impacto resulta no visível (e muito alto) “golpe de retorno” do raio por cerca de um milésimo de segundo, viajando de volta ao longo do caminho em zigue-zague do oxigênio delta singleto altamente condutor, disse ele. Os outros líderes perdem seu cargo neste ponto e desaparecem.

Entre as questões persistentes sobre o raio está o que o causa. Embora os cientistas agora assumam que o raio é eletricidade estática criada pelo movimento de partículas de gelo em nuvens de tempestade, isso não é conhecido com certeza, disse Lowke.

“É um assunto incrivelmente interessante”, disse ele. “Os mistérios não foram reconhecidos e não são conhecidos pelo público em geral.”