Radioastronomía
Una de las preguntas que hace muchos años tenía un servidor en mente era ¿por qué vemos las cosas?
Para ver algo, necesitamos encender la luz, así que lo que vemos son los rebotes de la misma en los diferentes objetos. Bien, ¿y por qué vemos la luz? Tuvieron que pasar muchos años para hacerme una idea de qué iba todo ello y espero que la historia de hoy ilumine (nunca mejor empleado) a quien se haya hecho estas mismas preguntas y no haya tenido la suerte de poder haberlo estudiado.
En primer lugar, cualquier cuerpo, por el hecho de estar a una determinada temperatura emite radiación electromagnética y la naturaleza de esa radiación depende de la temperatura a la que esté.
Un ejemplo cercano. Imaginad que tenemos una de esas estufas que se conectan a la red eléctrica y la ponemos en marcha. Al principio se va calentando poco a poco y empieza a emitir esa radiación que comentábamos. Aunque no la veamos nos damos cuenta de que está ahí porque al acercar la mano sentimos calor y la razón de que sintamos ese calor es que parte de la radiación emitida por la estufa la absorbemos y parte la reflejamos. La que absorbemos la transformamos en calor y ese calor hace que aumente nuestra temperatura. Así que nunca confundáis radiación electromagnética con calor, aunque una pueda ser causa de la otra, no son lo mismo.
Por supuesto, hay cuerpos que absorben esa radiación más fácilmente que otros. Si ponemos un trozo de porcelana blanca con manchas negras al Sol y esperamos un rato veremos que las zonas negras están más calientes que las blancas. Se dice que esas zonas negras son más capaces de absorber radiación. Un cuerpo que absorbiera toda la radiación recibe el nombre de «cuerpo negro».
Pero calentemos la estufa más y más. Al llegar a unos 850ºC observamos que emite luz visible y a medida que aumentamos la temperatura iría cambiando sus colores hasta que llegaría a estar incandescente. Finalmente la veremos blanca. O sea, que lo que vemos es tan sólo una parte de la radiación electromagnética emitida por la estufa.
¿Qué observamos entonces cuando miramos las estrellas a simple vista o con los telescopios ópticos? Pues sólo la parte visible de lo que emiten. En el fondo, en el Universo, tenemos estufas (estrellas u otros objetos) a diferentes temperaturas y sólo vemos lo que emiten en un determinado rango de temperaturas. Por ejemplo, es posible que haya objetos relativamente fríos que no los podamos ver. ¿A que estamos perdiendo información? No nos alarmemos: así es como estuvo la humanidad durante miles de años y no le fue tan mal.
El primero que se dio cuenta de que sucedía algo desconocido fuera del visible fue William Herschel. Hizo pasar luz del Sol por un prisma y, como ya sabéis, la luz se desparramó en los colores del Arco Iris. Posteriormente puso termómetros en diferentes partes del espectro. Esperaba que si colocaba dicho termómetro más allá del espectro visible, éste no se movería. Pero no fue así. Cuando lo puso más allá del rojo se dio cuenta que el termómetro también subía. Por tanto, el Sol enviaba cosas que no se podían ver. Como esa «luz invisible» se refractaba menos que la roja la llamó «radiación infrarroja» (por debajo del rojo).
Por otro lado, de la luz visible sabemos que provoca una descomposición del cloruro de plata, cosa que acabaría siendo la base de la fotografía. Se sabía que en el extremo violeta esta descomposición iba más rápida que en la parte roja. Pero en 1801, Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) comprobó con gran asombro que la descomposición se aceleraba más cuando la situaba más allá del violeta (recuerdo que no hay nada visible) y llamó a esa otra luz invisible «radiación ultravioleta».
La pregunta es: esas radiaciones invisibles, ¿son realmente como la luz visible?. Si así fuera, tendrían que presentar reflexión, refracción, etc; o sea, tener el mismo comportamiento. En 1850 el físico italiano Macedonio Melloni (1798-1854), habiendo visto que los cristales de cloruro de sodio son mucho más transparentes a la radiación infrarroja que el vidrio, construyó lentes y prismas de dicho material y demostró que, efectivamente, podía ser refractada y dispersada igual que lo hacía luz ordinaria. Fue una prueba irrefutable que la «luz invisible» se comportaba en realidad como la visible y que sólo difería la longitud de onda entre ellas.
Por tanto, el Sol, así como el resto de estrellas y cuerpos celestes y terrestres, emite muchas más radiaciones de las que sólo podemos captar con nuestros ojos una pequeña gama. Ahora os muestro un gráfico de las intensidades de diferentes radiaciones de un cuerpo negro a 6000ºC, temperatura de la superficie del Sol:
Fijaos que el pico de máxima intensidad en radiación que se da a 6000ºC que coincide con la parte del visible que ven nuestros ojos. Concretamente a 556 nm está el máximo en intensidad en la radiación solar y el máximo de sensibilidad óptica.
Eso no es sorprendente. No parece casual que nuestros ojos estén optimizados para ver radiación en el máximo en intensidad de la emisión del Sol. Lo que sí es sorprendente es que la atmósfera sea transparente para ese máximo. No hay ninguna razón fundamental para que eso deba ser así. Sólo las ondas ópticas y las de radio pueden atravesar la atmósfera. Los rayos ultravioletas son absorbidos por la capa de ozono y bastante parte del infrarrojo es absorbido por el vapor de agua y dióxido de carbono llegando únicamente a las más altas cumbres montañosas. De hecho, la única forma de poder visualizar esas señales es poner el telescopio fuera de la atmósfera, cosa que sólo pudo hacerse a partir de la mitad del siglo XX. Aun así algo de ultravioleta y algo de infrarrojo sí llegan.
Podemos decir, sin ningún género de dudas, que hemos tenido suerte. Si la temperatura del Sol o las condiciones atmosféricas hubieran sido algo diferentes, seguramente veríamos el cielo más oscuro de lo que lo vemos y la astronomía tal y como la conocemos nunca se hubiera desarrollado. ¿Os imagináis un cielo nocturno y despejado sin apenas estrellas y cómo hubiera influenciado en la Historia de la Humanidad?
Al estudio de toda esta gama de radiaciones emitida por los cuerpos celestes se le llama radioastronomía. Si la ciencia se llama así, no utilizará telescopios, sino radiotelescopios. Pero no os dejéis impresionar por la palabra. No son más que enormes platos parabólicos mucho más sensibles que los telescopios ópticos que pueden captar señales increíblemente débiles. Carl Sagan decía que algunos eran capaces de medir la energía equivalente a la que desprende un copo de nieve al caer. Otra bonita comparación es que pueden detectar una señal de radio tan débil que haría falta que estuviera incidiendo en 1 centímetro cuadrado de superficie del telescopio unos 66.000 billones de años para transportar una sola caloría de energía a esa superficie (una caloría es la energía necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado y el Universo tiene «sólo» 15.000 millones de años).
Nuestro Sol es un fuerte emisor óptico, cosa que nos impide ver el resto de las estrellas de día, pero es un débil radio-emisor comparado con los objetos celestes importantes cosmológicamente. De hecho, la Tierra recibe del orden de 1000 veces más radioenergía cada segundo de la Vía Láctea que la procedente del Sol y 100 millones de veces más de radiación visible del Sol que todos los demás cuerpos celestes visibles juntos.
Hoy día se detectan ondas de radio, radiación infrarroja, rayos X, rayos gamma … en una palabra: todo el espectro electromagnético. Muchos aspectos de las zonas lejanas del Universo nunca podrían haber sido descubiertos sin la radioastronomía.
¿Vamos a pararnos aquí? Pues no: la búsqueda continúa y ¡cuánto queda por descubrir!
Fuentes:
«Historia del Telescopio», Isaac Asimov
«Iniciación a la física», Fernández-Pujal
«La medida del Universo», Kitty Ferguson http://mizar.blogalia.com//historias/40449
http://www.astrocosmo.cl/b_p-tiempo/b_p-tiempo-03.02.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/ejemplos/ejemplos.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Telescopio_espacial_Hubble
El día 29 de junio de 2006 a las 08:30
Solo una puntualización. Me ha encantado la historia (como todas las demás, dicho sea de paso) pero hay una errata. En el gráfico se muestran temperaturas de 6000 y 4000 grados Kelvin, y luego en el texto hablas de 6000 grados Centígrados.
Por lo demás, magnífica historia.
Saludos
El día 29 de junio de 2006 a las 09:30
Hombre, Omalaled, si la temperatura solar y la atmósfera hubiesen sido diferentes podrían haber ocurrido tres cosas dependiendo del grado de diferencia.
La primera es que la diferencia fuese mínima y la vida fuese similar a lo que conocemos y la astronomía también. Es lo menos probable.
La segunda es que las variaciones fuesen pequeñas y la vida fuese diferente de lo que conocemos, los seres vivos habrían evolucionado de forma diferente para adaptarse a las condiciones existentes y puede que los humanos no existiésemos o fuésemos muy distintos. A partir de ello podemos inventarnos todas la películas de ciencia ficción que queramos :o)
Y por último lo más probable. No se habrían dado las condiciones necesarias para la vida y la Tierra sería un planeta inerte como tantos otros, así que no existiríamos :o(
Aparte de eso me ha encantado la historia, pero ahora te falta la otra parte. Nos has explicado los fenómenos relacionados con la luz que posibilitan la visión, pero ahora tendrías que explicarnos cómo funciona la retina para que nos hagamos la idea completa. Así que nada, ahora te toca estudiar oftalmología 😀
Un saludo.
El día 29 de junio de 2006 a las 09:39
«[..] Aunque no la veamos nos damos cuenta de que está ahí porque al acercar la mano sentimos calor y la razón de que sintamos ese calor es que parte de la radiación emitida por la estufa la absorbemos y parte la reflejamos. La que absorbemos la transformamos en calor y ese calor hace que aumente nuestra temperatura [..]»
Pero aunque la estufa emita radiación electromagnética, lo que nos calienta en realidad es el calor disipado por la resistencia y transportado por el aire, más que la propia radiación. El calor provocado por los fotones será mucho menor que el que nos llegue generado por la resistencia. O eso creo yo :b
El día 29 de junio de 2006 a las 10:03
No exactamente twentydur. La relación entre el calor emitido por radiación y por convección varia según el diseño. En esta página puedes ver diferentes modelos de estufas de gas. La parte de radiación varian entre un 20 y un 85% en según sus caracteristicas.
Estupendo texto omalaled.
El día 29 de junio de 2006 a las 11:38
¡Pues sí que es curioso!
No tenía ni idea que existiesen.
Está impresionante el concepto de estufa radiante.
El día 29 de junio de 2006 a las 23:17
Anónimo: tienes razón. Lo que pasa es que 6000 K y 6000 C, como bien sabes, son muy parecidos, difiriendo en apenas un 5%. Lo importante es el orden de magnitud. Aun así, tienes razón.
twentydur: Ambrosio te ha contestado mucho mejor que yo lo hubera hecho.
AntonioT: como siempre, me metes en un lío 😉 ya buscaré información sobre la visión, aunque no sea mi especialidad. Por otro lado, lo que quería resaltar más que las condiciones para que se diera la vida, sería el hecho que viéramos el firmamento nocturno más oscuro. Sería muy triste una noche sin estrellas, ¿no?
Salud!
El día 30 de junio de 2006 a las 02:08
Si la radiacion visible que llega a nuestro planeta fuera difernte y todavia existiesen condiciones para la vida. Probablemente el ojo y el cerebro del humano hubieran evolucionado para adaptarse a esa circunstancia. Claro está que hay que hacerse la pregunta de si la inteligencia que surgiera de dicha evolucion hubiera sido humana o de algun otro tipo. Asumiendo que surgieran sido seres conscientes, probablemente el cielo les pareceria hermoso en esas condiciones porque su cerebro seria otro.
El día 30 de junio de 2006 a las 12:50
Tu reflexión me recuerda a la de Asimov, en «Anochecer», hablando sobre cómo serían lso habitantes de un planeta que sólo tuviese 1 sol (suponiendo que con tales condiciones la vida fuese posible ;D ):
«Los astrónomos de un mundo tal darían con la gravedad probablemente antes de que inventaran el telescopio. La observación a simple vista sería suficiente»
El relato está aquí:
http://www.lorenzoservidor.com.ar/rel/rel193.htm
El día 25 de julio de 2006 a las 16:31
Interesante artículo. Aunque creo que falta alguna referencia a aspectos relativos a la sensorialidad. Ni el sol emite luz, ni el espacio circundante es oscuro. En un individuo sano el impacto del fotón en la retina acaba produciendo la sensación lumínica y la falta de impacto produce eso que llamamos oscuridad.
No es que el ciego vea negro; es decir, que él no ve los cuadros negros del tablero, ni la negrura del espacio en la noche estrellada. El ciego sencillamente no ve, ni blanco ni negro, y el mundo para ellos a nivel sensorial está hecho de tacto, sonido, esfuerzo muscular, olor, etc.
El organismo, durante el período evolutivo aprovechó esa lluvia de fotones y desarrolló algo nuevo: la luz-oscuridad, así como los otros sentidos. Imaginar que lo que experimentamos sensorialmente permanece por sí solo cuando fallecemos carece de fundamento.
Un saludo y enhorabuena por este interesante y entretenido blog.
El día 25 de julio de 2006 a las 23:08
Gracias, Biquen, y totalmente de acuerdo. Lo que sucede es que haría los posts larguísimos, y ya son bastante largos.
De todos modos, en ese campo, te veo mucho más suelto que yo 🙂
Salud!