Si viajaste en avión, tal vez hayas visto las nubes desde arriba, blancas, algodonosas, con algunos huecos de color azul grisáceo por aquí y por allí. Pero la física de la parte superior de las nubes siempre fue un acertijo para la ciencia, hasta ahora.
En instalaciones del Laboratorio Nacional Brookhaven de Long Island, Nueva York, los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de lidar, un dispositivo sensor remoto con láser. Este lidar puede captar los detalles más finos de las estructuras de las nubes a una escala de aproximadamente 1 centímetro, lo que implica que es entre 100 y 1.000 veces más nítido que los instrumentos tradicionales. Brookhaven y sus colaboradores usaron este lidar en experimentos de cámara para un estudio reciente que se publicó en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Se trata de la primera descripción elemental para diferenciar las estructuras de agua en el interior y parte superior de las nubes, ya que son estas características las que determinan cómo las nubes “evolucionan, forman precipitación y afectan al equilibrio de energía de la Tierra”, según explicaron en declaraciones.
Un microscopio para ver las nubes
Los investigadores afirman que el nuevo lidar brinda imágenes de “ultra alta resolución” de la dinámica de las nubes. Lo impactante es que el lidar detecta y cuenta los fotones uno a uno. Son partículas sin masa y que transportan luz, y los pulsos de láser hacen que la nube las expulse.
Así, un algoritmo especial traduce las señales del fotón a un perfil de la estructura de la nube. “Esencialmente, es un microscopio para ver las nubes”, declaró Fan Yang, autor principal del trabajo e investigador de Brookhaven.
El equipo llevó el dispositivo a una cámara de nubes en Michigan y logró generar nubes artificiales bajo condiciones de temperatura y humedad determinadas. Así pudieron documentar la física de la distribución de las gotas dentro de la nube.
Hallaron que los modelos existentes no lograban describir la física de las nubes. Las mediciones del idar revelaron una alta variación de gotas distribuidas en la parte superior en tanto que en el resto de la nube todo era más uniforme.
Física turbulenta
Los investigadores creen que esto podría deberse a dos procesos, la condensación y la sedimentación. La nube atrae el aire seco que hay sobre la nube hacia su interior, y así las gotas se distribuyen de manera despareja en las capas superiores de la nube. Al mismo tiempo la sedimentación automáticamente distribuye las gotas según su tamaño, por lo que las más pesadas caen más rápidamente hacia el interior de la nube y las más pequeñas son más livianas.
El interior de la nube suele ser muy turbulento, y así las gotas se van fusionando de modo uniforme. La parte superior de la nube no tiene tal turbulencia, por lo que solo las gotas relativamente pequeñas permanecen en suspensión en esa capa.
“Hay muchos modelos atmosféricos que no toman en cuenta la sedimentación de las gotas, o que las representan a todas con la misma aceleración de caída más allá del tamaño que tengan. Es una simplificación razonable en la región del bulto de la nube donde hay fuerte turbulencia, pero cerca de la parte superior no valdrá porque la turbulencia es más débil allí”, explicó Yang.
Para qué sirve el estudio
Los nuevos hallazgos tienen implicancias significativas para la ciencia atmosférica, indican en su trabajo los investigadores. Por ejemplo, si la representación de la física en la parte superior de la nube no es precisa, “puede haber incertidumbre sustancial en las predicciones de modelos sobre cómo se refleja la luz solar y cómo se inician las lluvias”, dijo Yang.
Los investigadores esperan que el lidar pueda usarse eventualmente para medir directamente las nubes en la atmósfera real, además de que se podrán refinar los modelos actuales. Admitieron que la cámara de nubes no representa con fidelidad la dinámica de las nubes de la vida real, aunque los avances tecnológicos han permitido que el modelo se acerque mucho a la realidad.
