O termo superbolt (ou super-raio) designa uma categoria rara e extremamente energética de raios observados na atmosfera terrestre. Um superbolt é um fenômeno elétrico atmosférico caracterizado por uma descarga mil vezes mais intensa que um raio clássico. Seu brilho é tal que podem ser observados do espaço por satélites meteorológicos. Enquanto um raio clássico libera cerca de 1 gigajoule de energia, os superbolts podem atingir energias superiores a 100 gigajoules, sendo de 100 a 1000 vezes mais poderosos que os raios comuns.
Esses fenômenos meteorológicos excepcionais foram identificados pela primeira vez na década de 1970 pelo físico Bernard Vonnegut (1914-1997), mas foi somente com os satélites modernos que seu estudo sistemático tornou-se possível.
| Parâmetro físico | Raio clássico | Superbolt | Relação ou observação |
|---|---|---|---|
| Energia luminosa emitida | ≈ \(10^8\ \text{J}\) | ≈ \(10^{11}\ \text{J}\) | Cerca de 1000 vezes mais intenso |
| Duração da descarga | \(10^{-4}\ \text{s}\) (≈ 100 µs) | 1 a 10 × \(10^{-3}\ \text{s}\) | Duração 10 a 100 vezes mais longa |
| Corrente máxima | ≈ 30.000 A | 200.000 a 500.000 A | Até 15 vezes superior |
| Temperatura do canal ionizado | 20.000 a 30.000 °C | 30.000 a 50.000 °C | Plasma mais quente e estável |
| Campo elétrico local | \(E \approx 10^5\ \text{V/m}\) | \(E \approx 10^6\ \text{V/m}\) | Campo elétrico 10 vezes mais forte |
| Duração da ionização do canal | Alguns microsegundos | Até vários milissegundos | Ionização quase contínua |
| Altitude média de ocorrência | 5 a 10 km | 10 a 15 km (topos das nuvens) | Regiões frias e instáveis |
Fonte: Holzworth et al., *Geophysical Research Letters*, 2020 – dados de satélite de OTD e LIS.
A gênese de um superbolt resulta de uma combinação rara de condições atmosféricas (eletrostáticas, termodinâmicas e físicas em escala de partículas) dentro das nuvens cumulonimbus. Esses fenômenos ocorrem quando um desequilíbrio de carga atinge um limiar crítico, permitindo uma descarga autoalimentada de energia colossal. Essas condições são encontradas em menos de 0,01% das tempestades observadas em escala planetária.
Em uma nuvem de tempestade, cristais de gelo, granizo mole e gotículas de água super-resfriada colidem constantemente. Durante essas colisões, ocorre uma pequena transferência de elétrons, geralmente do granizo mole para os cristais de gelo. Essa multidão de trocas acaba criando uma verdadeira bateria natural: a parte superior da nuvem torna-se positiva, enquanto sua zona central enriquece-se com cargas negativas. O campo elétrico assim gerado pode atingir valores consideráveis, da ordem de \(E \approx 10^5 - 10^6\ \text{V/m}\).
Esse campo elétrico acaba por exceder a rigidez dielétrica do ar (\(3 \times 10^6\ \text{V/m}\)), ou seja, o limite além do qual o ar deixa de ser isolante. Nesse momento, um canal parcialmente ionizado avança em pequenos saltos sucessivos, cada um reforçando localmente o campo elétrico ao seu redor.
Quando o campo atinge valores extremos, superiores a \(10^6\ \text{V/m}\), os elétrons livres são acelerados a velocidades próximas à da luz. Eles então entram em uma avalanche de elétrons relativísticos, um processo chamado RREA. Esse mecanismo transforma parte da energia do campo eletrostático em uma corrente elétrica gigantesca. O canal ionizado esquenta abruptamente, atingindo temperaturas de dezenas de milhares de graus: o ar se expande violentamente e produz uma onda de choque luminosa e sonora, o superbolt.
Os superbolts aparecem principalmente acima dos oceanos, onde a condutividade do ar úmido favorece descargas extremas, mas também podem ocorrer nos continentes, onde os gradientes de carga entre camadas de nuvens atingem valores críticos. As observações indicam uma diferença de potencial que atinge vários gigavolts.
| Fator chave | Mecanismo | Impacto na potência | Condições favoráveis |
|---|---|---|---|
| Altura da nuvem | Maior distância entre os centros de carga = diferença de potencial aumentada | Aumento da energia potencial disponível para a descarga | Cumulonimbus de grande extensão vertical (> 12 km) |
| Intensidade do campo elétrico | Campo elétrico significativamente superior à rigidez dielétrica do ar | Aceleração mais eficiente dos elétrons e amplificação do fenômeno RREA | Concentração excepcional de cargas na nuvem |
| Duração da descarga | Transferência prolongada de carga no canal ionizado | Maior integração temporal da corrente | Estabilidade excepcional do canal de raio |
| Avanço relativístico (RREA) | Avalanche de elétrons atingindo velocidades relativísticas | Multiplicação exponencial dos portadores de carga | Campos elétricos extremos (> 10^6 V/m) |
| Geometria da descarga | Descarga estendendo-se por maiores distâncias horizontais ou verticais | Maior volume de ar ionizado e transferência de carga aumentada | Tempestades de grande escala espacial |
| Condições atmosféricas | Ar frio e seco em altitude favorecendo o acúmulo de carga | Redução de vazamentos e melhoria do isolamento | Massas de ar instáveis com forte gradiente térmico |
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