Espectros en la noche. Primera parte.

Espectros en la noche. 

1º parte:

Hace unos días me pica el cerebro. Ando con ganas de aprender sobre espectros estelares, el modo de tomarlos, el equipo preciso, su oculto significado. Para empezar a hacer algo me puse a jugar con un disco DVD, con un prisma de vidrio y, claro, con algunos rayos de luz que por aquí impactan de vez en vez.

Por si llegara a darse el caso en que tú que gentil lees ignoraras de qué va el juego, arranco con una introducción sobre esos juguetes con los que me entretendré por unos días.

        Hace años la naturaleza de la luz despertaba controversias. Newton, Hooke y otros habían comprobado que la luz blanca estaba formada por seis o siete colores. Estos colores que en conjunto componían el blanco eran fáciles de desentrañar o recombinar, bastaba una tormenta en la tarde y la formación de un arco iris sobre el horizonte para verlos en lo alto. Es conocido el disco de Newton que juega con ellos. La idea de luz como onda provino de fenómenos como el de refracción. Llamaron al arco de colores en que se descomponía el color blanco: Espectro de la luz.

El espectro, en principio, no decía mucho de la naturaleza de la luz, sin embargo. Huygens era un convencido de que esta era la de ondas y basaba su afirmación en numerosos experimentos que así lo certificaban. La luz blanca sería una onda compuesta por x cantidad ondas cuyas frecuencias eran complementarias de dicho color. En este Espectro o rango de frecuencias, el color rojo poseería una frecuencia menor a la del naranja, este a la del amarillo, este a la del verde, y así hasta el azul y el violeta, colores de mayor frecuencia. La frecuencia de las ondas explica la diferencia de color y los ángulos en que son refractados o dispersados al atravesar medios diversos.

Newton afirmaba por su parte que la naturaleza del fluido lumínico era material, sostenía que estaba formada por corpúsculos o bolitas muy pequeñas. Esta intuición de que la luz era algo tangible llevó a algunos científicos a teorizar sobre los objetos negros en el siglo XVIII*.

Hasta la irrupción de don Albert Einstein (1905) la balanza de opinión se inclinó por la teoría ondulatoria, pero el oficinista explicó muy bien el efecto fotoeléctrico por medio de cuantos de energía y la dualidad onda partícula tomó un impulso que ya no cedió –Efecto fotoeléctrico: la emisión de partículas por superficies materiales cuando estas son iluminadas por determinadas frecuencias de luz.

Los Espectros de luz de gases radiantes pueden ser huellas digitales; sobre placas de ciertos espectros obtenidas se visualizan líneas o bandas de diversa intensidad lumínica (intensidad energética, la luz es energía) que han hecho las delicias de los investigadores. Estas zonas de mayor brillo se denominan líneas de emisión y aluden a la naturaleza de los átomos que forman el gas radiante. 
Asimismo, si la luz analizada ha atravesado algún gas frío en su camino a nosotros veremos que su espectro presenta ahora bandas o líneas oscuras, a diferencia de las anteriores que eran brillantes. Las llamamos líneas o bandas de absorción.

He aquí uno de los tantos milagros aparentes del universo, estas bandas oscuras aparecen ubicadas exactas sobre aquellas frecuencias de luz que antes se identificaban como emisoras; así, se colige que, ahora, por estar frío el gas y no caliente, indican una absorción de energía en esas determinadas frecuencias o regiones de color por parte del medio enrarecido.

Gas caliente - espectro con bandas de emisión.
Gas frío - espectro con bandas de absorción.

pronto se descubrió que esas líneas que plasman los espectros  son en su mayoría reconocibles, pudimos luego identificarlas en sencillos experimentos de laboratorio. En un laboratorio, mediante un espectrograma  pueden registrarse líneas de  emisión o absorción de los elementos conocidos. Y de los desconocidos, es famosa la anécdota de que el elemento Helio fue descubierto primero en el Sol y luego en la Tierra. De allí su nombre, claro.

He aquí mi simple juego, entonces, coloqué una malla de difracción (un disco DVD) capaz de dispersar el espectro luminoso de dos fuentes distintas, a saber: el de una lámpara de filamento y la de una lámpara de gas a baja presión, para comprobar así que este emisor sí registra bandas, las cuales permiten identificar el elemento que, excitado, radia. La lámpara con filamento, por el contrario, por ser un sólido incandescente, radia en forma continua, es decir, en todas las regiones del espectro, no muestra bandas de ningún tipo.

Puede verse con facilidad que el espectro de la lámpara de bajo consumo muestra las bandas de emisión situadas sobre las frecuencias rojo, amarillo, verde, azul y violeta. El trazo vecino, de transiciones de color inadvertidas, es el de la lámpara a filamento.

Esta mañana hice unas tomas del espectro solar sin mayores detalles, los suficientes, creo, para constatar que nuestro astro, dado su estadio evolutivo, irradia la mayor cantidad de energía en las regiones espectrales del amarillo verdoso que, como sabemos, corresponden a unos 5800º K de la región solar llamada fotosfera.

En la imagen procesada puede verse la saturación de color sobre esa franja y no en el resto.

El núcleo de las estrellas se encuentra a millones de grados Kelvin mientras que sus atmósferas se encuentran a unos pocos mile. Así, sus núcleos irradian con un espectro continuo y las capas exteriores (frías en comparación) le imprimen bandas de absorción al capturar sus átomos parte de la energía (luz) solo en las frecuencias permitidas para cada elemento presente en dichas atmósferas.

Este es el modo en que se analiza las atmósferas estelares, o las nebulosas planetarias, por ejemplo, mediante las bandas de emisión o absorción que los átomos de sus elementos constitutivos le imprimen a los espectros de luz obtenidos por medio de fotografías.

*Sobre la luz como corpúsculos, y por tanto susceptible de sufrir efecto de campos gravitatorios: John Michel (1790) y pronto Laplace, quien escribió: “Un astro luminoso de la misma densidad de la Tierra, y cuyo diámetro fuera 250 veces mayor que el del Sol, no dejaría, en virtud de su atracción, que ninguno de sus rayos llegara hasta nosotros; es, pues, posible que los cuerpos luminosos mayores del universo sean, por su propia naturaleza, invisibles”.