La luz y los telescopios

El filósofo Auguste Comte, en 1844, aseveró que siempre habría algún conocimiento imposible de descubrir por el ser humano. Con mala fortuna puso como ejemplo la composición química de las estrellas; afirmó que nunca se podría conocer la naturaleza de las estrellas, ya que jamás sería posible obtener una muestra de ellas para analizarla.

 La luz recibida por un telescopio se descompone en un espectro para obtener la información

La luz recibida por un telescopio se descompone en un espectro para obtener la información

A solo tres años de su muerte se descubrió que el espectro, obtenido al descomponer la luz, podía ser usado para determinar la composición química del objeto que lo emite. Si acoplamos un espectrógrafo a un telescopio, podríamos conocer esta información analizando la luz que emiten las estrellas. Parecería ser un regalo divino para el hombre; experimentalmente se comprobó, una y otra vez, la veracidad y precisión del método espectroscópico para analizar los átomos y sus compuestos, tanto en los laboratorios en la Tierra como con la luz proveniente de las estrellas. Por qué la naturaleza misma de la luz premiaba los esfuerzos de la humanidad por conocer el Universo, con la maravillosa información escondida en los espectros luminosos, era algo que todavía no se sabía.

La explicación tuvo que buscarse por mucho tiempo y por muchos físicos. Entender semejante bondad de la naturaleza requirió del desarrollo de la física cuántica y de los conocimientos de la física atómica. Sin embargo, aún sin conocer la razón por la que la luz nos brindaba tan preciada información, fue posible aprovecharla, y descubrir la naturaleza y composición de las lejanas estrellas y muchos objetos más en el Universo.

La función principal de un telescopio es colectar la luz proveniente de un objeto lejano, formando su imagen más precisa y adecuada.

La luz es, entonces, la materia prima que el telescopio utiliza para lograr su objetivo. Del manejo de la luz y de la precisión en el sistema optomecánico del telescopio depende el desempeño del mismo. La luz que llega al telescopio trae toda la información con la que los astrónomos trabajan, del análisis y aprovechamiento de la misma se puede conocer una gran cantidad de datos. Por ejemplo: la temperatura de una estrella, su composición química, edad, tamaño y masa, la velocidad con que una galaxia se aleja o se acerca de nosotros, el tamaño de un planeta alrededor de otra estrella y todo lo que hoy sabemos del Universo.

Es obvio que nadie ha ido con un termómetro a medir la temperatura del Sol, ni ha sentido la brutal fuerza de gravedad de un agujero negro. Sin embargo, conocemos esos datos gracias a la luz, recogida por un telescopio y analizada de distintas maneras y con distintos instrumentos, para arrancarle la información que trae. La luz es, entonces, la materia prima de la ciencia astronómica, y el telescopio el medio para colectarla y analizarla por los humanos curiosos e interesados en explorar los secretos del cosmos.

La mayoría de las personas, cuando piensa en un telescopio, se imagina aparatos compuestos de tubos, lentes, espejos y tal vez de extrañas monturas con complicados sistemas mecánicos, todo dentro de un edificio oscuro con una cúpula, y por supuesto se imagina a un astrónomo con el ojo pegado al ocular del gran aparato.

Esta tradicional idea del telescopio, arraigada en la imaginación de la gente, está atrasada muchos años: los telescopios son ahora tan distintos y variados que casi cualquier persona que viera un telescopio moderno de cualquier tipo no se imaginaría de qué se trata. Hay telescopios que parecen cualquier cosa menos un tradicional telescopio del siglo XVI. Pero todos colectan luz, muchos tipos de luz. Actualmente los telescopios detectan no sólo la luz visible a nuestros ojos, sino muchas otras, que van desde los rayos gamma hasta las ondas de radio.

Los telescopios clásicos han estado con nosotros mucho más tiempo y son los que colectan la luz visible al ojo humano. Son éstos, llamados telescopios ópticos, los que han formado la idea generalizada de la estructura y función del telescopio. Podría parecer raro decir que con estos telescopios se pueda “ver la luz visible” pero, nuestra visión es limitada, hay luz invisible para el ojo humano; por esta razón se han desarrollado telescopios e instrumentos especiales que son sensibles en otros intervalos del espectro electromagnético.

Un espectroscopio acoplado a un telescopio pequeño

Un espectroscopio acoplado a un telescopio pequeño

Para entender todo esto debemos empezar por saber qué es la luz visible. Desde hace ya mucho tiempo conocemos el hecho de que la luz blanca, al pasar por un prisma, se descompone en siete colores básicos; los llamados colores del arco iris. El orden de los colores siempre es el mismo, empezando con el rojo y terminando con el violeta, esa es la luz visible a nuestros ojos.

En el hundimiento de una vieja casa en un barrio pobre de Munich sobrevivió un huérfano de 14 años: Joseph Fraunhofer. El rector de Baviera, José Maximiliano, presenció la catástrofe y le regaló 18 ducados de oro que rindieron frutos, pues permitieron que el joven comprara libros de física. Más tarde, los mejores telescopios de la época salieron de manos de este gran maestro de la óptica. En 1804 Fraunhofer hizo pasar la luz del Sol por un gran prisma para descomponerla en un arco iris. Cuando observó el espectro detenidamente, advirtió que había cientos de líneas oscuras en varios sitios del espectro visible que se suponía continuo, es decir, se esperaba que luz cambiara continuamente del rojo al violeta, según la longitud de onda de cada color, pero aparecieron espacios o líneas oscuras que representan zonas donde la intensidad de la luz o radiación disminuye o desaparece.

Este fenómeno despertó mucho interés y en 1859 Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff anunciaron que las líneas de absorción en el espectro del Sol correspondían a elementos químicos individuales, experimentaron haciendo pasar por prismas la luz emitida por chispas y luces producidas por metales y así confirmaron su propuesta.

De esta forma se comprobó que la luz de una estrella contiene la información de su temperatura, su composición química y la abundancia de sus elementos. Ya no era necesario que alguien fuera a una estrella con un termómetro o un laboratorio de química para averiguar sus características, bastaba con usar este maravilloso descubrimiento y un telescopio para colectar la luz de las estrellas, y obtener sus espectros, compararlos con los patrones conocidos y saber, no solamente su temperatura; sino qué clase de átomos y compuestos están presentes en esa estrella ¡a muchos años luz de distancia de la Tierra!

El método de análisis espectral se convirtió en una herramienta tan poderosa que se usa para explorar todo el Universo. Se puede obtener información de estrellas, planetas y otros objetos. Más adelante se le encontró una sorprendente utilidad no solo en la astronomía: en metalurgia se puede saber la composición de una aleación analizando la luz que producen las chispas de la aleación cuando el metal se esmerila; se puede analizar desde lejos la lava de un volcán en erupción para saber su temperatura y conocer sus componentes; se pueden conocer los compuestos en la sangre humana para saber si un atleta se ha dopado o identificar compuestos químicos en varias sustancias.

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