Raio ou descarga elétrica atmosférica (DEA) é uma descarga elétrica de grande intensidade que ocorre na atmosfera, entre regiões eletricamente carregadas, e pode dar-se tanto no interior de uma nuvem (intranuvem), como entre nuvens (internuvens) ou entre uma nuvem e a terra (nuvem-solo). O raio vem sempre acompanhado do relâmpago (emissão intensa de radiação eletromagnética, a qual possui componentes na faixa visível do espectro), e do trovão (som estrondoso), além de outros fenômenos associados. Embora as descargas intranuvem e internuvens sejam mais frequentes, descargas nuvem-solo são de maior interesse prático para os seres humanos. A maior parte dos raios ocorre na zona tropical do planeta e principalmente sobre as terras emersas, associados a fenômenos convectivos dos quais, quando é intensa a atividade elétrica, resultam as trovoadas.
Consideram algumas teorias científicas que essas descargas elétricas possam ter sido fundamentais no surgimento da vida, além de auxiliar na sua manutenção. Na história humana, raios podem ter sido a primeira fonte de fogo, fundamental ao desenvolvimento técnico. Desta forma, os raios despertaram fascínio, sendo incorporados em inúmeras lendas e mitos representando o poder dos deuses. Pesquisas científicas posteriores revelaram sua natureza elétrica e, desde então, as descargas têm sido alvo constante de monitoramento, por sua associação com sistemas de tempestades.
Em razão da grande intensidade de tensões e correntes elétricas associadas, raios sempre são perigosos. Assim, edificações em geral, bem como os sistemas de transmissão de energia, necessitam de sistemas de proteção, que incluem os para-raios. Todavia, mesmo com as proteções (que nem sempre são projetadas ou construídas corretamente), os raios ainda causam mortes e ferimentos por todo o mundo.
Como fenômenos de alta energia, os raios manifestam-se usualmente como um trajeto extremamente luminoso que percorre longas distâncias, às vezes com ramificações. Contudo, existem formas exóticas, como o raio globular, cuja natureza se desconhece, existindo somente relatos deste fenômeno. A grande variação do campo elétrico das descargas na troposfera pode dar origem a eventos luminosos transientes na alta atmosfera. Raios também são originados em outros eventos, como erupções vulcânicas, explosões nucleares e tempestades de areia. Utilizam-se ainda métodos artificiais para criar descargas atmosféricas com finalidade científica. Raios também ocorrem em outros planetas do Sistema Solar, especialmente em Júpiter e Saturno.
Relações históricas É provável que os raios estivessem presentes na Terra bem antes do surgimento dos primeiros seres vivos, há mais de três bilhões de anos.De acordo com a escala longa, este valor é equivalente a três mil milhões de anos. Além disso, os raios provavelmente foram fundamentais para a formação das primeiras moléculas orgânicas, essenciais para o surgimento das primeiras formas de vida. Desde o início da história escrita, os raios foram motivo de fascinação para o ser humano. O fogo que produziam quando atingiam a terra era utilizado para se aquecer durante a noite, além de manter os animais selvagens afastados. Por isso, o homem primitivo procurava respostas para explicar esse incrível fenômeno, criando superstições e mitos que foram incorporados às primeiras religiões.
Importância biológica A partir da formação da Terra, as elevadas temperaturas da sua crosta foram responsáveis por grandes e permanentes tempestades que mantiveram-se intensas e frequentes, dando origem aos oceanos. A água, conforme executava seu ciclo, carregava consigo elementos químicos, como carbono e nitrogênio, que acumulavam-se nos mares primitivos. Raios ultravioleta e raios foram, possivelmente, essenciais na combinação destes compostos inorgânicos e sua transformação em aminoácidos, componentes essenciais para o surgimento da vida tal como conhecemos.
Descargas elétricas são a principal fonte abiótica de nitritos e nitratos, essenciais para a vida das plantas. Os vegetais não são capazes de utilizar diretamente nitrogênio atmosférico, de forma que estes precisam ser transformados em outros compostos nitrogenados. Os raios são os responsáveis por tais reações químicas, mantendo, assim, o ciclo do nitrogênio.
O nitrogênio reage com o oxigênio em condições de alta temperatura e pressão, as quais podem ser encontradas durante uma tempestade com ocorrência de raios. Durante uma tempestade, a energia de elevada intensidade fornecida pelas descargas elétricas atmosféricas é capaz de quebrar a ligação tripla existente entre as moléculas de nitrogênio, permitindo que elas reajam com o oxigênio e formem óxidos de nitrogênio. Esses óxidos se dissolvem na água da chuva, caem no solo e formam nitrato, que então pode ser absorvido pelas plantas.
Os incêndios florestais iniciados a partir de descargas elétricas possuem papel fundamental na evolução das plantas, uma vez que o consumo da matéria seca e a remoção de eventuais pragas pelo fogo beneficiam o ambiente. O processo de evolução da vida vegetal parece estar intimamente ligado à ocorrência de incêndios, que propicia o surgimento de novos genes. Possivelmente, os incêndios provocados por raios foram a primeira fonte de fogo utilizada pelos homens primitivos, o que teria sido um dos importantes passos que levaram a evolução e domínio sobre o ambiente.
thumb|200px|Estátua de Zeus segurando raios.
Visões mitológicas Os povos antigos criaram inúmeras lendas para explicar o surgimento dos raios. No Antigo Egito, acreditava-se que o deus Tifão arremessava os raios sobre a terra. Um documento da Mesopotâmia datado de 2300 a.C. mostra uma deusa no ombro de uma criatura alada e segurando um punhado de raios em cada mão. Atrás dela estava o deus que controla o tempo meteorológico criando os trovões com um chicote. Os raios também são a marca da deusa da mitologia chinesa Tien Mu, que é uma das cinco dignitárias do "Ministério das tempestades", que é comandado por Lei Tsu, o deus do trovão. Na Índia, os textos Vedas descrevem como Indra, o filho do Paraíso e da Terra, carregava trovões em sua biga.
Por volta do ano de 700 a.C. os gregos começaram a utilizar os símbolos dos raios trazidos do Oriente Médio na sua arte, atribuindo-os sobretudo a Zeus, o deus supremo da sua mitologia. Na Grécia Antiga os raios, quando apareciam no céu, eram vistos como sinal de desaprovação de Zeus. O mesmo sucederia na Roma Antiga em relação a Júpiter. Em Roma acreditava-se que os ramos de louro eram "imunes" à ação de raios, e por isso o imperador Tibério utilizava tais ramos para se proteger durante as tempestades. Já na antiga Escandinávia acreditava-se que os raios eram produzidos pelo martelo mágico Mjölnir, que pertencia ao deus Thor. Os Buriates, povo que vivia próximo ao lago Baikal, no sul da Sibéria, acreditavam que o seu deus produzia os raios jogando pedras do céu. Algumas tribos indígenas da América do Norte e da África mantêm a crença de que os raios são produzidos por um mágico "pássaro trovão", que mergulha das nuvens para a terra.
Pesquisas científicas thumb|esquerda|A Experiência da pipa, de Benjamin Franklin, realizada no século XVIII, em que faíscas induzidas pela tempestade saem do fio condutor para seu dedo. Nas culturas de matriz europeia, a primeira explicação de cunho científico que se conhece foi escrita pelo filósofo grego Aristóteles, no século III a.C., atribuindo a trovoada à colisão entre nuvens e o raio ao incêndio de uma exalação ejetada pelas nuvens. Entretanto, os primeiros estudos sistemáticos foram feitos somente em 1752, numa pequena vila próximo à Paris, quando Thomas-François Dalibard atraiu faíscas por meio de uma alta haste de ferro que estava isolada do solo por garrafas de vidro. Esse experimento comprovou a natureza elétrica da descarga. Posteriormente inúmeros ensaios foram realizados, um dos mais conhecidos feito por Benjamin Franklin, que utilizou pipas e balões para erguer fios condutores, que geravam faíscas graças ao campo elétrico existente. Esses experimentos eram bastante arriscados, pois se uma descarga elétrica atingisse o fio condutor, a pessoa que o estivesse segurando possivelmente morreria. Entretanto, isso aconteceu somente uma vez em 1753, na Rússia, mesmo sem a pessoa estar em contato direto com o fio condutor.
Franklin também mostrou que os raios se manifestam "mais comumente sob a forma negativa de eletricidade, mas às vezes aparecem na forma positiva". Além disso, o cientista propôs o uso de grandes hastes de metal para proteção contra os raios, que, segundo ele, fariam a eletricidade fluir silenciosamente da nuvem para o solo. Posteriormente, percebeu que essas hastes praticamente não influenciavam as cargas elétricas presentes nas nuvens, mas que, na verdade, atraíam os raios. Então percebeu que se não é possível evitar as descargas elétricas, poderia pelo menos atraí-las para um ponto que não oferecesse perigo utilizando uma haste metálica, que ficou conhecida como para-raios. Para comprovar a efetividade de suas ideias, Franklin reuniu centenas de pessoas próximo à prefeitura de Siena, na Itália em 1777, local que era frequentemente atingido por raios. Após a instalação do para-raios, a multidão assistia durante uma tempestade os raios atingindo a haste metálica, mas sem danificá-la.
Em 1876, James Clerk Maxwell propôs a criação de depósitos para pólvora totalmente envolvidos com uma camada de metal, para evitar que os raios causassem a explosão do composto. Se um raio atingisse esse depósito, a corrente elétrica ficaria nessa camada exterior e não atingiria a parte interna. Esse sistema ficou conhecido como gaiola de Faraday. Também poderia ser utilizado um sistema de grades, mas quanto maior for a distância entre os condutores, menor será a eficiência da proteção. Combinações entre o para-raios de Franklin e da gaiola de Faraday são utilizados ainda hoje na proteção de estruturas, sobretudo onde se encontram aparelhos eletrônicos sensíveis.
O surgimento da fotografia e da espectroscopia no final do século XIX tiveram grande importância no estudo dos raios. Vários cientistas utilizaram o espectro gerado a partir da luz do relâmpago para estimar a quantidade de energia envolvida no processo físico que acontece durante um curtíssimo intervalo de tempo. A utilização da câmera permitiu descobrir que os raios possuem dois ou mais fluxos de cargas elétricas. O desenvolvimento de novos aparelhos como osciloscópios e medidores de campo eletromagnético durante o século XX permitiu um entendimento mais completo da origem e ocorrência das descargas.
Características thumb|Descargas elétricas em Sófia, capital da Bulgária. Os raios, que na maioria das vezes estão associados a tempestades, são uma gigantesca faísca de eletricidade estática, através da qual um canal condutivo forma-se e cargas elétricas são transferidas. O tipo mais comum de raio ocorre no interior das próprias nuvens, embora ocorram descargas entre duas nuvens, entre a nuvem e o ar e entre a nuvem e o solo. Tudo depende de como as cargas elétricas distribuem-se no interior das nuvens.
Em geral, distribuições de cargas em nuvens convectivas geram um intenso campo elétrico. No topo da nuvem, que do tipo cúmulo-nimbo são de forma achatada e se estendem horizontalmente, acumulam-se as cargas positivas nos pequenos cristais de gelo provenientes das correntes de convecção. No centro, geralmente em uma faixa onde a temperatura situa-se entre -20 e , as cargas negativas encontram-se em excesso. Os dipolos formados possuem, cada um, dezenas de coulombs, separados entre si por poucos quilômetros verticalmente. Na base da nuvem forma-se tipicamente uma pequena região de cargas positivas, cuja carga não excede alguns poucos coulombs. Em tempestades mais desenvolvidas, a distribuição elétrica é muito mais complexa.
thumb|esquerda|Distribuição simplificada das cargas em um cúmulo-nimbo.
Eletrização da nuvem