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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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LA HISTORIA DE LA ASTRONOMÍA

Las ondas luminosas

 

De la antigüedad a la edad media
El movimiento aparente de los planetas
Los principios de la astronomía
La astronomía en Mesopotamia
La astronomía de Egipto antiguo
La astronomía griega
La astronomía en tierra de Islam

La llegada de la astronomía moderna
Nicolás Copérnico
Tycho Brahe
Johannes Kepler
Galileo Galilei
Isaac Newton
La mecánica celeste

El nacimiento de la astrofísica
Las ondas luminosas
El análisis espectral, la temperatura y la composición química
El análisis espectral, el efecto Doppler y otras aplicaciones

La astronomía de los siglos XX y XXI
Anteojos y telescopios
La alta resolución angular
La radioastronomía
La astronomía en otras longitudes de onda
 

 

 

detalle_ocular_telescopio_de_La_Plata

Detalle del ocular del telescopio refractor Gran Ecuatorial Gautier en el observatorio de La Plata, provincia de Buenos Aires, Argentina.

Las ondas luminosas

Con la mecánica celeste, la astronomía conoció una serie de éxitos clamorosos. Sin embargo, su ámbito de aplicación quedaba muy limitado, describía sólo la posición y el movimiento de los cuerpos celestes, sin poder analizar su naturaleza.

No es hasta el siglo XIX que apareció un nuevo método de investigación, el análisis espectral, que iba a permitir el estudio de la naturaleza física de los astros y a dar origen a la astrofísica.

Pero antes de estudiar las aplicaciones de este nuevo método, comencemos por familiarizarnos un poco con el fenómeno en el cual se basa: la luz.

Los colores del arco iris

El origen de los diferentes colores es un problema que siempre ha interesado a los físicos. Isaac Newton fue el primero en dar una interpretación correcta. Mostró que la luz visible estaba, de hecho, constituida por una superposición de todos los colores del arco iris.

Para hacer aparecer estos diversos colores, basta con hacer pasar la luz a través de un prisma. Cada color es entonces desviado un poco diferente y aparece separado de los otros. La luz blanca puede entonces dividirse en sus distintos componentes y dar lugar a una sucesión de colores llamada espectro.

La onda electromagnética

La respuesta a la cuestión más fundamental de la naturaleza de la luz fue más lenta en venir. En la segunda parte del siglo XIX, el físico escocés James Clerk Maxwell establece una de las piezas claves de la física clásica: la teoría unificada de los fenómenos eléctricos y magnéticos. Uno de los resultados más importantes de esta teoría era la demostración de la íntima conexión entre campos eléctricos y magnéticos.

 

maxwell

 

James Clerk Maxwell (Edimburgo, Escocia; 13 de junio de 1831–Cambridge, Inglaterra; 5 de noviembre de 1879) fue un físico británico conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre óptica, en una teoría consistente. Las ecuaciones de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético. Desde ese momento, todas las otras leyes y ecuaciones clásicas de estas disciplinas se convirtieron en casos simplificados de las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo sobre electromagnetismo ha sido llamado la "segunda gran unificación en física", después de la primera llevada a cabo por Isaac Newton. Además, se le conoce por la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría cinética de gases. Crédito: Wikimedia Commons

 

Los físicos ya sabían que un campo magnético variable podía engendrar un campo eléctrico, como en una dinamo de bicicleta, por ejemplo. Pero Maxwell demostró que, recíprocamente, un campo eléctrico variable podía dar origen a un campo magnético.

Este resultado tenía una implicación muy importante. Imagine que un campo eléctrico oscila en un punto. Según Maxwell, la oscilación va a dar lugar a un campo magnético alrededor de este punto. El campo magnético así creado es variable y va, en su giro, a dar origen a un campo eléctrico. Éste va a crear un nuevo campo magnético, y así sucesivamente.

Los dos campos pueden así mantenerse mutuamente. La oscilación inicial va a propagarse rápidamente en todas las direcciones, un poco como una ola se propaga en la superficie del agua, y el fenómeno se llama entonces una onda electromagnética.

Maxwell calculó, en los años 1860, que una onda electromagnética debía propagarse a una velocidad de aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. Ahora bien, Hippolyte Fizeau y Jean Foucault habían medido algunos años antes la velocidad de la luz y obtenían un valor bastante próximo de ésta.

Maxwell sacó la conclusión que se imponía, y avanzó que la luz se explicaba como una onda electromagnética, una oscilación simultánea de los campos eléctrico y magnético que se propagaba a la velocidad fantástica de 299.792 kilómetros por segundo.

La longitud de onda

Para describir una onda, el parámetro más importante es lo que se llama longitud de onda. En el caso de ondas que se propagan en la superficie del agua, la longitud de onda es la distancia que separa dos olas sucesivas. En el caso de ondas luminosas, la longitud de onda es la distancia que separa dos puntos donde los campos alcanzan una intensidad máxima.

Para la luz visible, esta longitud de onda es muy pequeña. Se expresa en micrómetros, es decir, en millonésimas partes de metro, y varía entre 0,38 a 0,75 micrómetros.

El color que observamos viendo un objeto depende de la longitud de onda de su luz. Así, un haz luminoso de longitud de onda próxima a 0,7 micrómetros nos aparece roja. Si la longitud de onda es próxima a 0,5 el color es amarillo, y cerca de 0,4 micrómetros es violeta.

La luz blanca, la del Sol, por ejemplo, está compuesta por una multitud de longitudes de onda diferentes, así pues, de colores diferentes.

Más allá del dominio visible

El espectro de las ondas electromagnéticas no se limita a la luz que podemos ver. Los físicos desde el Siglo XIX han descubierto toda una gama de radiaciones invisibles al ojo.

Así, al principio del último siglo, William Herschel estudiaba el espectro de la luz solar con la ayuda de un prisma y de un termómetro. Este último indicaba una subida de temperatura cuando se encontraba en el espectro visible, lo que no constituía una sorpresa, pero también cuando estaba colocado más allá de la parte roja del espectro visible. Herschel acababa de descubrir una forma de luz invisible y, sin embargo, real.

Esta radiación, la infrarroja, es muy conocida hoy día. Se utiliza, por ejemplo, en los mandos a distancia o en los sistemas de detección de calor. Cubre un campo de longitudes de onda superiores a las de la luz visible, entre 0,8 micrómetros y 1 milímetro.

Para longitudes de onda aún mayores, entramos en el campo de las ondas de radio, puesto de relieve por Heinrich Hertz en 1888. Estas ondas son bien conocidas, ya que permiten la difusión de los programas de radio y televisión, las comunicaciones con satélites y también los hornos microondas.

Otros tipos de radiación existen a longitudes de onda inferiores a las de la luz visible. Para una longitud de onda comprendida entre 0,01 y 0,4 micrómetros, es la radiación ultravioleta, conocida por causar cánceres de la piel. Más allá, son los rayos X, utilizados para observar el interior del cuerpo humano; luego, los rayos gamma, muy peligrosos y producidos, por ejemplo, durante las reacciones nucleares.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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