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Es posible que quienes han viajado en avión hayan vivido —o al menos temido— una de las experiencias más comunes en ese transporte: la turbulencia. No es raro que circulen en redes sociales videos virales de vuelos sacudidos con fuerza, con pasajeros asustados o incluso llorando de los nervios. En la mayoría de los casos, esos vuelos terminan aterrizando sin problemas, pero la sensación para los pasajeros puede ser muy intensa.
Detrás de este fenómeno hay una ciencia muy compleja. La turbulencia que siente un avión ocurre cuando la aeronave atraviesa zonas de la atmósfera en las que el aire no fluye de forma uniforme, sino que forma remolinos, corrientes ascendentes o descendentes. Dichas variaciones provocan cambios bruscos en la velocidad y la dirección del aire que rodea al avión, lo que se traduce en los característicos sacudones que incomodan a los pasajeros.
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Para los pilotos, la turbulencia no suele representar un riesgo grave para la seguridad de la aeronave —los aviones están diseñados, de hecho, para resistir fuerzas mucho mayores—, pero sí es un desafío operativo y un factor de incomodidad. Lo que resulta fascinante ciencia de la turbulencia. Desde hace décadas, es una de las grandes pesadillas de la física. Descifrarla a fondo resulta muy difícil. La clave está en que es un fenómeno caótico y multiescala. Dentro de una nube o una corriente de aire pueden coexistir remolinos gigantes, del tamaño de kilómetros, con vórtices minúsculos que apenas duran una fracción de segundo. Y todos interactúan: los grandes transmiten energía a los pequeños en una especie de cascada. Captar y predecir todo eso, en simultáneo, es muy difícil.
En física, los investigadores distinguen dos formas de estudiar la turbulencia. La primera es la euleriana, que observa cómo se comporta el aire en un punto fijo, como si se pusiera un sensor en un lugar y se midiera qué ocurre allí. La segunda es la lagrangiana, que sigue el camino de pequeñas partículas de aire mientras se mueven, casi como si se pusiera un GPS en cada molécula y se siguiera su recorrido. Esta última forma de análisis es importante para entender cómo se transporta la energía dentro de los remolinos, cómo se mezclan contaminantes en la atmósfera, cómo se dispersan los aerosoles —incluso los que transportan patógenos— y, sí, cómo se forman las turbulencias que afectan un vuelo.
Un grupo de investigadores acaba de publicar un estudio en el que buscaron identificar con mayor precisión las distintas etapas por las que pasa la turbulencia lagrangiana. Para lograrlo, recurrieron a modelos matemáticos avanzados que permiten observar cómo cambian las velocidades de las partículas en diferentes escalas de tiempo, desde los movimientos casi imperceptibles hasta las oscilaciones más caóticas.
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Lo que encontraron es que la turbulencia no es un estado único ni constante, sino una secuencia de fases. Al comienzo, las partículas parecen moverse de manera casi recta, como proyectiles. Luego pasan a un régimen más calmado y predecible. Después llega la fase turbulenta en su máxima expresión, caracterizada por un comportamiento irregular, lleno de remolinos que aparecen y desaparecen de forma intermitente. Finalmente, el sistema entra en una etapa de decaimiento, en la que los remolinos pierden fuerza y la energía se disipa poco a poco. (Vea: La Luna podría influir en el ciclo menstrual)
Este hallazgo es importante, creen los autores, porque ofrece un “mapa” de cómo se organiza y evoluciona la turbulencia. Conocer esas transiciones ayuda a mejorar la predicción de fenómenos atmosféricos, diseñar procesos industriales de mezcla más eficientes y anticipar mejor las turbulencias en la aviación, un tema que impacta tanto en la seguridad de los vuelos como en la experiencia de millones de pasajeros en el mundo.
“El diseño de aviones se beneficiará”, le dijo Bjorn Birnir, uno de los principales estudiosos mundiales de la turbulencia y autor del estudio, a The New York Times. “Definitivamente deberíamos ver mejores modelos meteorológicos”.
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