¿Puede el Primer Laboratorio de Rayos de América revivir su pasado rebelde?

;Queremos seguir provocando relámpagos. No hemos terminado con eso de ninguna manera;.
San Antonio: Laboratorio de Sueños
San Antonio: Laboratorio de Sueños

Mientras una tormenta eléctrica hierve en las montañas del centro de Nuevo México, los investigadores del Laboratorio Langmuir están revisando sus cohetes, subiendo a un búnker de acero debajo de la plataforma de lanzamiento, y esperando el momento adecuado para disparar a las nubes, con la esperanza de que los rayos vuelvan a caer. Desde la cúpula de cristal de una torre de control a una milla de distancia, el personal de Langmuir escanea los senderos cercanos en busca de excursionistas, y señalan una ventana de cinco minutos a la tripulación del búnker.

“Todo tiene que caer en su lugar perfectamente-la tormenta tiene que estar encima, todo el mundo tiene que estar listo, y la tormenta tiene que construir un campo eléctrico”, dice Harald Edens, director de la instalación de investigación atmosférica.

Los investigadores en el búnker entonces envían por radio una cuenta atrás de cinco segundos. En “¡Adelante!” uno de ellos sopla en un interruptor neumático que dispara el cohete por encima de la cabeza, que está atado a la plataforma de lanzamiento por un cable de acero. Los observadores en la torre de control ven un hilo de humo y (si todo va bien) una abrasadora sacudida de rayos, que se bifurca desde el suelo hacia las nubes. Los truenos crujen o zumban, ya que la mayoría de los estruendos se alejan. La radio del búnker transmite gritos excitados.

During the night, scientists at Langmuir Laboratory use red light to preserve their night vision.

Durante la noche, los científicos del Laboratorio Langmuir usan la luz roja para preservar su visión nocturna. Cortesía del Laboratorio Langmuir

Las cámaras de alta velocidad graban el golpe a 6.000 fotogramas por segundo. Reproducida, la acción abarca varios segundos en lugar de fracciones de segundo. Las imágenes en blanco y negro muestran rayos que se ramifican en el cielo desde este pico desnudo donde, desde 1963, los científicos han estado provocando, midiendo y fotografiando tormentas eléctricas para entender mejor cómo funcionan.

Pero han pasado seis años desde que alguien disparó un rayo en Langmuir. La instalación de vanguardia, un semillero para los investigadores de rayos, ha luchado para asegurar la financiación y ensamblar las muchas piezas que deben alinearse para disparar un rayo. Aún así, Edens, que se convirtió en director el año pasado, se esfuerza por renovar el laboratorio como un semillero de investigación sobre rayos y un imán para estudiantes motivados. También quiere aferrarse a las raíces del sitio, que describió a la Unión Geofísica Americana el otoño pasado como un recurso para los “forajidos y rebeldes de la ciencia”, mientras busca nuevos y diversos contratos para ayudar a pagar las cuentas.

Langmuir fue un lugar fundamental para la investigación sobre rayos y tormentas eléctricas y las herramientas utilizadas para estudiarlos. Durante la Segunda Guerra Mundial, E.J. Workman, entonces en la Universidad de Nuevo México, se interesó en la electricidad atmosférica y comenzó a almacenar suministros e instrumentos militares desechados. De hecho, el “cementerio de huesos” del laboratorio todavía incluye un silo de misiles y un motor a reacción. Cuando la universidad trató de quitarle una parte de sus contratos – práctica estándar ahora, pero no entonces – se negó y se trasladó al Instituto de Minería y Tecnología de Nuevo México, que todavía alberga el laboratorio. Aseguró el acceso a un pico en un bosque nacional cercano, cortó un estrecho camino de tierra en un año (aún requiere un vehículo de alta velocidad) y construyó el laboratorio por menos de un millón de dólares. Pronto, los científicos estaban elevando los instrumentos transportados por globos en las tormentas eléctricas para medir su funcionamiento interno.

Scientists preparing an instrumented balloon for launch.

Los científicos están preparando un globo instrumentado para su lanzamiento. Cortesía del Laboratorio Langmuir

“Creo que gran parte de lo que se conoce sobre la carga y la carga de las tormentas eléctricas probablemente comenzó allí con los vuelos en globo a través de las tormentas eléctricas”, dice Martin Uman, que estudia los rayos en la Universidad de Florida. “Acaban de tener generación tras generación de gente muy inteligente que impulsó el campo de la electricidad atmosférica.”

Una carga de tormenta eléctrica inicia el relámpago, pero el relámpago tiene sus propias características y efectos, señala Uman. Los investigadores separan los dos, pero Langmuir ha estudiado ambos.

Langmuir atrajo a los científicos con una vena independiente, dispuestos a destrozar y rediseñar el equipo o construirlo ellos mismos, y fue, y sigue siendo, un lugar para las personas que se dedican a la ciencia fuera de lo común. Entonces, eso significaba colgar un cable entre dos montañas para intentar inyectar a las tormentas eléctricas una carga eléctrica. Ahora, significa aplicar la ciencia rigurosa a los informes de testigos oculares de misteriosos relámpagos de bolas y otros fenómenos.

Transient luminous events such as sprites occur high above thunderstorms, and can be observed well from Langmuir.

Los eventos luminosos transitorios como los duendecillos ocurren muy por encima de las tormentas eléctricas, y pueden ser observados bien desde Langmuir. Cortesía del Laboratorio Langmuir

“Así es como el Laboratorio Langmuir se hizo grande en ese entonces, atrajo a toda esta gente que podía hacer experimentos sin demasiada burocracia”, dice Edens. “Todavía tenemos el aspecto de forajidos un poco.”

Langmuir es una de las pocas instalaciones en el mundo que realmente puede disparar un rayo. Y al volar una caja de acero en la cima de una montaña repetidamente con un rayo, pueden entenderlo mejor simplemente echándole un buen vistazo, siempre que hayan construido un equipo que pueda seguir el ritmo de un evento que ocurre en un relámpago.

“Cuanto más rápido seamos capaces de medir las cosas, más podremos ver y más podremos entender”, dice Bill Rison, que ha estado en el laboratorio desde 1984. “Y entonces, por supuesto, más preguntas tenemos sobre cosas que no esperábamos ver.”

The interior of one of the two underground steel rooms at Langmuir, nicknamed the Kiva, where personnel remain safe while triggering lightning.

El interior de una de las dos salas subterráneas de acero en Langmuir, apodada la Kiva, donde el personal permanece a salvo mientras se dispara el rayo. Cortesía del Laboratorio Langmuir

Rison trabajó con Paul Krehbiel, otro físico pionero asociado durante mucho tiempo con Langmuir, diseñando instrumentos para revelar el funcionamiento interno de una tormenta eléctrica. Midieron las partículas de precipitación dentro de las nubes, y mostraron que justo antes de que cayera un rayo, los cristales de hielo se alinean en la dirección del campo eléctrico. Dibujando ideas del equipo de detección de relámpagos del Centro Espacial Kennedy, crearon un conjunto de mapas de relámpagos, que proporciona una imagen 3D de los relámpagos y puede codificar por colores las cargas positivas y negativas dentro de él. Esto se empareja con un interferómetro, que lee 100 puntos donde la matriz ve uno, y muestra cómo y en qué dirección se desarrollan las cargas.

Ese equipo ha medido algunos de los puntos más finos de las tormentas eléctricas, llegando a una pregunta clave que se ha cernido sobre los relámpagos: ¿Cómo empieza? Los investigadores de Langmuir presentaron pruebas para una teoría en un artículo en Nature Communications en 2016 que informaba de la observación de cientos de “serpentinas” o descargas de movimiento rápido que se comportaban más como una onda o una nube que como un canal. No es la respuesta, dice Edens, sino un paso hacia ella.

Physicist and meteorologist Charles Moore (left) loads a sounding rocket in a launch tube. Rocket-triggered lightning (right) vaporizes a copper-coated steel wire that is carried upward by a rocket.

El físico y meteorólogo Charles Moore (izquierda) carga un cohete sonda en un tubo de lanzamiento. El rayo disparado por el cohete (derecha) vaporiza un cable de acero recubierto de cobre que es llevado hacia arriba por un cohete. Cortesía del Laboratorio Langmuir

En el verano de 2020, el laboratorio está tranquilo. Los instrumentos siguen registrando las tormentas, y cada semana los investigadores vienen a cambiar las tarjetas de memoria y las baterías. Las precauciones del COVID han hecho que se suspendan algunos de los experimentos planeados, pero también está la cuestión de que Langmuir, como tantas otras instituciones de investigación en los últimos años, se ha visto privado de fondos.

“Los individuos o comités de las agencias de financiación deciden lo que es importante y lo que no, y en los EE.UU., la financiación y los trabajos de investigación sobre el fenómeno del rayo se han quedado atrás”, dice Uman, de la Universidad de Florida, que también tiene instalaciones para desencadenar el rayo pero no lo ha hecho en varios años, en parte debido a la financiación. “El estado general de la financiación de la ciencia en los EE.UU. podría y debería ser mucho mejor.”

The Langmuir Laboratory main building, with its characteristic observation tower and cupola.

El edificio principal del Laboratorio Langmuir, con su característica torre de observación y cúpula. Cortesía del Laboratorio Langmuir

Al otro lado del valle de Langmuir, hay un recordatorio de que no todas las instalaciones de investigación rebotan. El Observatorio Solar de Manchas Solares, que toma y estudia imágenes de alta resolución del sol, ahora opera sólo uno de sus cuatro telescopios. La ciudad que albergaba a sus astrónomos está en su mayoría abandonada.

Así que Langmuir está viendo el valor de la diversificación. La búsqueda de otras fuentes de financiación verá al laboratorio ofrecer contratos para sus habilidades de diseño de instrumentación y la rara mercancía de su espacio aéreo restringido – una llamada a la Administración Federal de Aviación dirige los jets de los aeropuertos a empresas privadas, así como Sandia y Los Álamos, los dos laboratorios nacionales en Nuevo México. Edens sigue decidido a seguir adelante.

“Queremos seguir disparando relámpagos”, dice. “No hemos terminado con eso de ninguna manera”.

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