Por F. Zapata
Cuando miramos al cielo lo que nuestros ojos detectan es la luz que emana de los cuerpos celestes. Pero esto es apenas una pequeña parte de la radiación que proviene del espacio, la pequeña franja del espectro electromagnético para la que nuestros ojos son sensibles.
En sus dos aspectos, la luz se presenta como onda y como partícula, en efecto, la luz se propaga como una onda electromagnética, y por lo tanto tiene todas las características de las ondas, es decir, longitud de onda, velocidad y frecuencia. Pero al interactuar con la materia, la luz se comporta como una partícula sin masa, denominada fotón.
Figura 1. Un pulsar que produce una nebulosa de rayos X. La imagen proviene del telescopio de rayos X Chandra de la NASA. Fuente: Wikimedia Commons.
Así que de las estrellas que vemos en una noche oscura, nos llega su luz hasta nuestros ojos. Y del Sol, que es nuestra estrella central y la más cercana, nos llega además de la luz, el calor y la radiación UV, que son otras formas de radiación, pero con diferente longitud de onda.
Este conjunto de ondas, con distintas longitudes de onda, y por ende, energía, llega a la Tierra continuamente, aunque sólo somos capaces de detectar con nuestros ojos la parte visible.
¿A qué se debe que tantas longitudes de onda vayan y vengan por el espacio? Bien, la materia está constituida por cargas eléctricas y estas producen continuamente campos electromagnéticos cada vez que interactúan. Por eso toda radiación electromagnética que venga del espacio contiene pistas de los procesos que le dieron origen.
Cuando miramos al cielo lo que nuestros ojos detectan es la luz que emana de los cuerpos celestes. Pero esto es apenas una pequeña parte de la radiación que proviene del espacio, la pequeña franja del espectro electromagnético para la que nuestros ojos son sensibles.
En sus dos aspectos, la luz se presenta como onda y como partícula, en efecto, la luz se propaga como una onda electromagnética, y por lo tanto tiene todas las características de las ondas, es decir, longitud de onda, velocidad y frecuencia. Pero al interactuar con la materia, la luz se comporta como una partícula sin masa, denominada fotón.
Figura 1. Un pulsar que produce una nebulosa de rayos X. La imagen proviene del telescopio de rayos X Chandra de la NASA. Fuente: Wikimedia Commons.
Así que de las estrellas que vemos en una noche oscura, nos llega su luz hasta nuestros ojos. Y del Sol, que es nuestra estrella central y la más cercana, nos llega además de la luz, el calor y la radiación UV, que son otras formas de radiación, pero con diferente longitud de onda.
Este conjunto de ondas, con distintas longitudes de onda, y por ende, energía, llega a la Tierra continuamente, aunque sólo somos capaces de detectar con nuestros ojos la parte visible.
¿A qué se debe que tantas longitudes de onda vayan y vengan por el espacio? Bien, la materia está constituida por cargas eléctricas y estas producen continuamente campos electromagnéticos cada vez que interactúan. Por eso toda radiación electromagnética que venga del espacio contiene pistas de los procesos que le dieron origen.
El espectro electromagnético
Aparte de la luz, el calor y los rayos UV ¿qué más hay en el espectro electromagnético? Este diagrama nos lo dice, ya que muestra las regiones en que se ha subdividido el espectro. Cabe destacar que los límites de cada tipo de radiación no son valores fijos, de hecho se superponen, sin embargo esta subdivisión tiene gran utilidad, pues facilita el estudio del espectro.
Cada parte tiene una determinada energía que depende de la longitud de onda, cuanto menor es su valor, más energía tiene la onda. Si E es la energía, λ la longitud de onda y c la velocidad de la luz, la energía viene dada por:
E = h.c/λ
Donde h es la constante de Planck, que en unidades del Sistema Internacional vale: 6.63 × 10−34 joule.s. Solamente algunas longitudes de onda del espectro electromagnético pasan a través de la atmósfera, otras son absorbidas.
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| Figura 2. Espectro electromagnético. Fuente: Wikimedia Commons. |
Ondas de radio: cuya longitud de onda es del orden de 103 m, aunque no hay un límite superior definido. Simplemente conocemos las longitudes de onda que nuestros dispositivos son capaces de detectar.
Las ondas de radio no son ondas sonoras, de hecho son diferentes, ya que las ondas electromagnéticas se propagan transversalmente, mientras que el sonido lo hace longitudinalmente. Percibimos las ondas de radio como sonidos porque existe un aparato -la radio- que se encarga de convertirlas en palabras y músicas.
Microondas: son muy familiares a través de los hornos de microondas, pero también se utilizan en telecomunicaciones, con ciertas limitaciones, ya que la atmósfera absorbe una parte. Su longitud de onda está en el orden de 10-2 m y tienen energía suficiente como para poner en movimiento las moléculas de agua y calentar la comida.
Pero lo interesante con las microondas es que parecen provenir de cualquier parte del espacio. A esta radiación uniforme del universo se le llama fondo de radiación cósmica y es una evidencia del big bang, ya que es un remanente de la energía que dejó hace 13.800 millones de años.
Infrarrojo: su nombre indica que está por debajo del rojo, ya que su longitud de onda es mayor que la del rojo en el espectro visible, está por el orden de 10-5 m. Esta región del espectro es muy familiar, ya que se percibe como calor.
El espacio también emite radiación infrarroja, sobre todo los objetos más fríos. Sin embargo la atmósfera la absorbe bastante bien, por eso el planeta mantiene una agradable temperatura promedio de 15ºC, apta para la vida que conocemos.
Estamos muy familiarizados con la radiación infrarroja, porque nuestros cuerpos son fuentes de calor, pero no es fácil detectar el infrarrojo proveniente del espacio, aunque hay técnicas para conseguirlo, como veremos más adelante.
Hay galaxias enteras que brillan en el rango de infrarrojo mucho más que en el visible. Son galaxias muy ricas en material interestelar, del cual se forman las estrellas, lo que significa que el ritmo de producción de estrellas en tales galaxias es muy elevado.
Rango de luz visible: el ojo humano está hecho para detectar longitudes de onda, que son las que el Sol y casi todas las estrellas emiten en mayor cantidad. El rango de longitudes de onda visibles es de 380 hasta 750 nanómetros, donde un nanómetro (nm) equivale a 10-9 m.
A su vez el la franja de luz visible se divide en bandas y a cada una corresponde a un color, que podemos ver en el siguiente cuadro:
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| Figura 3. Longitudes de onda de la franja visible. Cada longitud de onda equivale a un color. Fuente: Wikimedia Commons. |
Ultravioleta: se trata de los rayos UV provenientes del Sol, que tienen longitudes de onda del orden de los 10-8 m. Tal energía actúa sobre las células que pigmentan la piel y causan el bronceado, pero si la exposición es prolongada originan insolación, envejecimiento prematuro y hasta cáncer de piel.
Rayos X: altamente energéticos, pues su longitud de onda está en el orden de los 10-10 m estamos familiarizados con ellos a través de las radiografías, sin embargo, gracias a su elevada energía modifican la materia biológica, ya que son considerados radiación ionizante.
En el espacio abundan los rayos X provenientes de explosiones de supernova, estrellas de neutrones y estrellas en la vecindad de agujeros negros, cayendo en ellos. Por ejemplo. Scorpio X-1 fue la primera fuente de rayos X descubierta por los astrónomos en 1962, pero en la actualidad se han identificado miles de ellas.
Nuestro propio Sol emite algo de rayos X desde la corona y la cromosfera, cuyos gases están lo suficientemente calientes como para producir esta radiación, lo cual también sucede normalmente con otras estrellas.
Curiosamente, el medio interestelar, considerado demasiado frío como para emitir rayos X, sí que puede producirlos, como se ha podido detectar desde la Tierra. Se le llama gas coronal a tales fuentes de muy baja densidad, aunque nada tienen que ver con los gases de la corona solar.
Se cree que el gas coronal es un remanente de explosión de supernova, o bien proviene de estrellas muy jóvenes y calientes.
Rayos gamma: llegamos ya a la radiación más energética de todas, con las longitudes de onda más pequeñas, del orden de 10-12 m, causada por transiciones energéticas ocurridas en el átomo. En el espacio surgen de explosiones de supernovas, hipernovas y agujeros negro, un hecho conocido desde comienzos del años 70.
Nuestra Vía Láctea contiene dos grandes fuentes de rayos gamma hacia el centro, evidencia tal vez de la presencia de un agujero negro masivo.
Las ventanas atmosféricas
La atmósfera terrestre y la capa de ozono protegen a la Tierra de las radiaciones altamente energéticas, como los rayos X, los rayos gamma, la radiación UV e incluso impiden el paso de ciertas longitudes de onda de radio. El vapor de agua absorbe parte de la radiación infrarroja.
Las ventanas atmosféricas son regiones de la atmósfera que permiten el paso de ciertas longitudes de onda, por lo tanto, si queremos examinar estas radiaciones, hay que mirar a través de ellas.
En la siguiente imagen tenemos las radiaciones que la atmósfera terrestre bloquea y las que no. Por ejemplo la atmósfera bloquea las ondas de radio de grandes longitudes de onda, así como la mayor parte del infrarrojo, pero es posible por ejemplo echar un vistazo a las longitudes de onda de 10 micrómetros, según la gráfica.
Para los rayos X y gamma, altamente energéticos, las observaciones se realizan desde los satélites artificiales.
Las ventanas atmosféricas son regiones de la atmósfera que permiten el paso de ciertas longitudes de onda, por lo tanto, si queremos examinar estas radiaciones, hay que mirar a través de ellas.
En la siguiente imagen tenemos las radiaciones que la atmósfera terrestre bloquea y las que no. Por ejemplo la atmósfera bloquea las ondas de radio de grandes longitudes de onda, así como la mayor parte del infrarrojo, pero es posible por ejemplo echar un vistazo a las longitudes de onda de 10 micrómetros, según la gráfica.
Para los rayos X y gamma, altamente energéticos, las observaciones se realizan desde los satélites artificiales.
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| Figura 4. Las ventanas atmosféricas. Fuente: Wikimedia Commons. |
Radioastronomía
La atmósfera terrestre, como vimos en la imagen, es transparente a las ondas de radio, así que la radioastronomía emplea grandes antenas construidas en tierra, para detectar las ondas de radio provenientes del espacio.
Hay notables radiotelescopios como el de Arecibo, en Puerto Rico, el gran telescopio milimétrico Alfonso Serrano en México, el ALMA en Chile y el RATAN en Rusia, entre otros.
Gracias a ellos se conoce en parte la química de estrellas, planetas y nubes moleculares, así como también rastrean el espacio en busca de señales de vida inteligente (proyecto SETI).
Astronomía de infrarrojo
La astronomía de infrarrojo estudia los lugares más fríos del universo, pero el vapor de agua atmosférico absorbe mucha de la radiación infrarroja proveniente del espacio, lo que dificulta la observación.
No obstante, lugares muy secos pueden ser propicios para los telescopios infrarrojos o también fuera de la atmósfera, como el telescopio espacial Spitzer de la NASA o el IRTF en el Mauna Kea en Hawaii.
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| Figura 5. La galaxia del Sombrero vista en infrarrojo a través del telescopio Spitzer. Fuente: NASA. |
Astronomía de altas energías
Esta rama de la astronomía se dedica a estudiar las zonas con temperaturas de millones de grados, por lo tanto hace uso de la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, así como la detección de los esquivos neutrinos.
Salvo la detección de estos, la astronomía de altas energías se hace preferiblemente desde el espacio, ya que la atmósfera de la Tierra bloquea estas radiaciones.
Desde tierra se emplea el telescopio tipo Cherenkov, de los cuales actualmente hay cuatro en operación, como el MAGIC en Gran Canaria, España.
El Chandra, puesto en órbita en 1999 es el observatorio de rayos X más grande hasta el momento.
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