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La luz y el espectro electromagnético

Cielo estrellado. La luz nos permite observar el cielo.   La astronomía no podría existir si no existiera la luz o si el ser humano no pudiera verla. De hecho, miramos al cielo porque allí vemos luces. Una postura holística sería pensar que, cuando nos llega -nos toca- la luz de las estrellas, estamos siendo tocados por esas estrellas, aunque quizás se encuentren, no solo a una distancia impensable, sino tambien en un pasado remoto. Sea como sea, la posibilidad de conocer lo que hay allá nos la está dando la luz. Cuando miramos al cielo debemos ser muy conscientes de estas importantes ideas:

  • Vemos con nuestros ojos, que son órganos de percepción limitados a un estrecho margen de longitudes de onda: los ojos ven únicamente la -estrecha- franja de la luz visible.

  • La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético y, aunque no somos conscientes de que existe, nuestro entorno es una infinita mezcla de distintas radiaciones y frecuencias que nos bombardea desde cientos o miles de fuentes invisibles a nuestros sentidos. 

  • La atmósfera de la Tierra sirve de escudo a muchas de esas frecuencias. 

Vamos a adentrarnos en ese maremagnum de radiaciones, intentando comprender y desentrañar ese complejo mundo de las ondas electromagnéticas y su utilidad en la astronomía. 

¿Como consigue ver nuestro ojo?...

El ojo humano    El ojo humano es un órgano complejo y evolucionado. Pero en la tarea de ver, el ojo hace una parte y el cerebro el resto, y quizá la parte más importante la realiza el cerebro. El ojo se comporta como una cámara oscura, con una lente (cristalino) que se enfoca mediante los músculos que rodean el ojo y a través de la cual pasa la luz. Dicha luz se proyecta en el fondo del ojo (retina) formando una imagen invertida, que es detectada por el nervio óptico y enviada al cerebro, donde se interpreta. Es importante el hecho de que tenemos dos ojos, lo que suministra una visión estereoscópica, que permite al cerebro percibir distancias y volúmenes. Pero el ojo humano tiene la limitación de "ver" una gama reducida de longitudes de onda (luz visible) en razón de los detectores que tiene en la retina. 

    Estos detectores son de dos tipos: conos y bastones. 

    Los bastones son células que nos permiten ver en la oscuridad, porque se activan en ausencia de luz y hacen que distingamos las luces de las sombras. Pero no ven colores.

    Los conos son células que funcionan con luz ambiente intensa y nos permiten ver los colores. 

    Hay bastones sensibles al color rojo, al verde y al azul. Decir que son sensibles significa que absorben la luz de una determinada frecuencia dentro del espectro, debido a unas moléculas denominadas opsinas, que son las que generan las reacciones químicas necesarias para estimular el nervio óptico. Hay una opsina para cada color. Los bastones también perciben la luz a causa de una opsina especial, la rodopsina. Cada opsina se encuentra codificada en un gen, así que los seres humanos tenemos tres genes responsables de la visión. Cuando una especie posee más genes de este tipo, se encuentra capacitada para percibir más longitudes de onda. Hay gente que, operada de cataratas, puede percibir la luz ultravioleta. Esto se debe a que esta radiación se filtra por la córnea.  Las opsinas para el rojo y el verde provienen del cromosoma X, mientras que las del azul, provienen del cromosoma  7, y la rodopsina del 3(1).

   Conos y bastones en el ojo Las opsinas se descubrieron en 2007 investigando la capacidad fotoreceptora de las Hidras, animales acuáticos que, a pesar de no tener ojos, son capaces de percibir la luz. Se cree que esta capacidad fotoreceptora, estuvo presente en la Tierra desde hace 600 millones de años, época de aparición de este tipo de animales.

    La opsina sensible al rojo se llama eritropsina (eritro=rojo en griego) y detecta longitudes de onda de alrededor de 560 nm. La opsina sensible al verde se llama cloropsina (cloro=verde en griego) y es sensible a longitudes de onda entorno a los 530 nm. La cianopsina (ciano=azul en griego) es sensible al azul y detecta longitudes de onda de alrededor de 430 nm. La mezcla de las señales detectadas por todas ellas nos permite ver el espectro visible al completo.

Espectro electromagnético y parte del mismo que es visible por el ojo humano. Créditos: Tatoute and Phrood. This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic license.

¿Qué es el espectro electromagnético?...

    El espectro electromagnético es el conjunto de las ondas electromagnéticas que existen en el Universo, de distintas frecuencias. Cada cuerpo presente en el Universo tiene una vibración particular, a una frecuencia determinada. Esta vibración provoca que dicho cuerpo emita energía con una longitud de onda característica, que sirve para identificarlo. La forma de identificar esta energía es midiendo su longitud de onda

     Ahora bien...¿qué longitudes de onda se han medido sobre el espectro electromagnético?.


Historia

    Hasta el año 1800 no se conocía más que el espectro visible. William Herschel descubrió la luz infrarroja, radiación que estaba fuera del espectro de luz visible. Se llama a esta radiación o luz  "infrarroja" porque su frecuencia es menor que el rojo. 

Prisma provocando la dispersión de la luz    Herschel estaba interesado por saber cuánto calor transmitía cada color del espectro, puesto que sabía que la energía de la luz dependía del color. Así pues, hizo pasar luz blanca a través de un prisma, de tal forma que originara un arco iris en su salida. Puso un termómetro sobre cada color y también dispuso sendos termómetros a ambos lados del espectro como control. La temperatura medida indicaba que aumentaba al ir del violeta al rojo pero, para su sorpresa, el termómetro situado al lado del rojo indicaba una temperatura más alta que los anteriores.

    En posteriores experimentos, Herschel detectó que esta luz invisible se comportaba igual que la visible, es decir, se reflejaba, transmitía o absorbía exactamente igual que la visible. Años más tarde, cuando se pudo medir la frecuencia de la luz, se estableció que su frecuencia era menor que la de la luz roja y se le llamó "infrarrojo"(2). 

    Ir al Experimento de Herschel

   


Madrid, 29 de Septiembre de 2010 

(1). Tríadas. Nuevas Lecturas en Ciencia y Tecnología. Escrito por Alberto Requena Rodríguez
(2). Jet Propulsion Laboratory.
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