El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática, producida durante una tormenta eléctrica generando un pulso electromagnético. La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago).
En promedio, un rayo mide 1500 metros; el más extenso fue registrado en Texas y alcanzó los 190 km de longitud. Un rayo puede alcanzar la velocidad de 200 000 km/h. Siempre va acompañado de un relámpago (emisión intensa de radiación electromagnética, cuyos componentes se ubican en la parte visible del espectro), y de un trueno (emisión de ondas sonoras), además de otros fenómenos asociados. Aunque las descargas dentro de las nubes y entre las nubes son las más frecuentes, las descargas de nube a tierra representan un peligro mayor para los humanos. La mayor parte de los rayos ocurren en la zona tropical del planeta, la más densamente poblada, y principalmente en los continentes. Están asociados con los fenómenos convectivos, la mayoría de las veces con tormentas, aunque pueden tener su origen en otros eventos, como erupciones volcánicas, explosiones nucleares, tormentas de arena o violentos incendios forestales.[1][2] Se utilizan métodos artificiales para crear rayos con fines científicos. Los rayos también ocurren en otros planetas del Sistema Solar, particularmente en Júpiter y en Saturno.
Algunas teorías científicas consideran que estas descargas eléctricas pueden haber sido fundamentales en el surgimiento de la vida, además de haber contribuido a su mantenimiento. En la historia de la humanidad, el rayo fue quizás la primera fuente del fuego, fundamental para el desarrollo técnico. Así, el relámpago despertó fascinación, incorporándose a innumerables leyendas y mitos que representan el poder de los dioses. Investigaciones científicas posteriores revelaron su naturaleza eléctrica, y desde entonces las descargas han sido objeto de una vigilancia constante, debido a su relación con los sistemas de tormentas.
Debido a la gran intensidad de los voltajes y de las corrientes eléctricas que propaga, el rayo es siempre peligroso. Así, los edificios y las redes eléctricas necesitan pararrayos y sistemas de protección. Sin embargo, incluso con esas protecciones, los rayos todavía causan muertes y lesiones en todo el mundo.
Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate.[3] Los científicos han estudiado las causas fundamentales, que van desde perturbaciones atmosféricas (viento, humedad y presión) hasta los efectos del viento solar y de la acumulación de partículas solares cargadas.[4] Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.[4] En tanto que fenómeno de alta energía, el rayo se manifiesta generalmente por un camino extremadamente luminoso —en estado plasmático consecuencia de la ionización del aire por las altísimas tensiones— que recorre largas distancias, a veces con ramas. Sin embargo, existen formas raras, como el rayo globular, cuya naturaleza se desconoce. La gran variación del campo eléctrico provocada por las descargas en la troposfera puede dar lugar a fenómenos luminosos transitorios en la atmósfera superior.
Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos.[5][cita requerida] La frecuencia de los relámpagos es de aproximadamente 44 (± 5) veces por segundo, o casi 1400 millones de destellos por año,[6] siendo la duración media de 0.2 segundos.[7] El rayo de mayor duración fue registrado en marzo del 2018 en el norte de Argentina y duró 16.73 segundos. En octubre de 2018 se registró en Brasil el de mayor extensión horizontal a nivel mundial, con 709 km de longitud.[8] Un rayo viaja a una velocidad media de 440 km/s, pudiendo alcanzar velocidades de hasta 1400 km/s.[9] La diferencia de potencial media con respecto al suelo es de mil millones de voltios.
La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.[10][11]
