|
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Parece que los astrónomos y los astrofísicos tienen una tarea particularmente difícil. Tienen que estudiar las estrellas, incluyendo nuestro sol, desde una gran distancia.  Sin embargo, no tenemos que tocar un objeto para aprender sobre él. Los humanos tienen bastante experiencia en "percepción a distancia". Recibimos la mayor parte de nuestra información sobre el mundo de sensores que reciben información a distancia: nuestros ojos, oídos y nariz. Las herramientas más importantes para los astrónomos y astrofísicos son aquellas que mejoran su vista. La invención del telescopio a principios del siglo XVII fue un paso crucial. Sin embargo, los avances más importantes han venido de nuestro entendimiento de la luz misma.
La publicación en 1704 de "Opticks" de Sir Isaac Newton fue importante para nuestro entendimiento de la luz. En el proceso de explicar las teorías de la luz, Newton reveló los resultados de sus experimentos con un prisma que claramente mostraba que la luz visible del Sol es una mezcla de un espectro continuo de colores.
 Es conveniente describir este color del espectro como rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta (Roy G. Biv). Sin embargo, es importante darse cuenta que hay una continua mezcla de colores del rojo al naranja al amarillo y así sucesivamente. Para mayor información sobre Color.
El importante descubrimiento que la luz visible estaba compuesta de un espectro continuo de colores de luz llevó a otros dos descubrimientos importantes en el siglo XIX. En 1800 el astrónomo, Sir William Herschel, realizó algunos experimentos para entender porqué diferentes filtros de sus telescopios parecían calentarse de diferente manera. Herschel separó la luz del sol en su espectro con un prisma. Usó tres termómetros con sus focos ennegrecidos con hollín. Puso un foco en cada color del espectro y uso los otros dos focos como controles. Descubrió que cada color de luz produce una temperatura más alta que los controles. También observó que la temperatura aumentaba en tanto él iba del azul al rojo. Cuando midió la temperatura más allá del rojo, descubrió que esa región sin luz visible producía las temperaturas más altas.
 Al continuar con sus experimentos, Herschel descubrió que él podía reflejar, refractar, absorber y transmitir lo que estuviera en esa región. Herschel correctamente concluyó que había una porción de luz más allá del rojo (infrarrojo). Se puede hacer este experimento de Herschel en casa o en el salón de clase.
Cuando Johann Wilhelm Ritter escuchó hablar sobre el trabajo de Herschel, Ritter razonó que podría haber radiación invisible en el otro lado del espectro más allá del violeta. Ritter era un químico notable, y usó su conocimiento en química para probar su teoría. Sabía que la luz azul descomponía el cloruro de plata en plata más eficientemente que la luz roja. ¡Tenía razón! Cuando expuso papel cubierto con cloruro de plata al espectro completo de la luz solar que había pasado a través de un prisma, el cloruro de plata en la región más allá del violeta (donde no había luz visible) fue el que se descompuso más rápidamente. Ritter pensó entonces que debía haber luz más allá del violeta. Esta radiación se conoce como luz ultravioleta.
El nuevo espectro de luz incluía una radiación invisible a ambos lados del espectro visible.
 La nueva radiación podía ser reflejada, refractada, absorbida y transmitida tal como la luz visible.
Es útil, en este punto, considerar una idea acerca de la luz presentada por Christiaan Huygens en 1690. Huygens explicó la luz como una onda. A principios del siglo XIX Thomas Young apoyó la teoría de la onda de luz con un número de experimentos importantes. (En 1905 Einsten mostró que la luz también tiene propiedades de partícula. Ahora sabemos que la luz tiene tanto propiedades de onda como de partícula.) La teoría que la luz tiene propiedades de onda nos permite considerar la luz en términos de su longitud de onda. La longitud de onda puede ser explicada en este sencillo diagrama.
 Comprender la cresta o la parte baja de una ola de agua es sencillo. ¡Comprender la cresta y la parte baja de una onda de luz no lo es! Para una exploración dinámica de longitudes de onda de luz y la naturaleza de la luz, la tutoría de ondas electromagnéticas de Physics 2000© es un recurso excelente. También Imagine el Universo Nivel I y Nivel II y Star Light , Star Bright pueden ayudar.
La longitud de onda de luz visible se mide en Ångstroms (10-8cm) y varía entre 4000Å (violeta) y 7000Å (rojo). Los científicos también usan nanometros (nm) que son 10-9 metros. En nanometros el radio es de 400nm a 700nm.
Algunas veces es conveniente medir la frecuencia de las ondas. La frecuencia es el número de ciclos completos -crestas y bajas - que pasan un punto en un periodo de tiempo. El número de siclos por segundo se llama hertz (HZ).
Los experimentos y avances teóricos que contribuyeron en gran medida al trabajo de Herschel, Ritter y Young abundaron en el siglo XIX. Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica en un alambre podía generar un campo magnético alrededor del alambre. Reaccionando a los descubrimientos de Oersted, Michael Faraday pudo generar una corriente eléctrica con un campo magnético cambiante. James Clerk Maxwell mostró que unas pocas y relativamente sencillas ecuaciones matemáticas podían expresar el comportamiento de los campos magnético y eléctrico y su naturaleza interrelacionada; esto es, una carga electrónica oscilante produce un campo electromagnético. Maxwell también calculó que la velocidad a la que un campo electromagnético se aleja de sus fuentes es aproximadamente la de la velocidad de la luz. Además, sus ecuaciones mostraron que los fenómenos electromagnéticos tenían propiedades de onda. Propuso que el fenómeno de la luz era, por lo tanto, un fenómeno electromagnético. Ya que las cargas pueden oscilar con cualquier frecuencia, Maxwell concluyó que la luz visible forma solamente una pequeña parte del espectro entero de posible radiación electromagnética.
Maxwell publicó su trabajo en Un Tratado sobre Electricidad y Magnetismo en 1873. En 1886 Heinrich Hertz construyó unos circuitos muy sencillos que probaron la teoría de Maxwell. Hertz pudo transmitir ondas de radio (o frecuencias) a través del aire a un receptor. Hertz vio esta demostración como una verificación sencilla de las matemáticas de Maxwell. Sin embargo, Guglielmo Marconi inmediatamente vio una aplicación a la telegrafía inalámbrica. Después de experimentar por varios años fue capaz de demostrar la comunicación trasatlántica. Esto fue el principio del radio inalámbrico y el radar.
En el mismo año que Marconi empezó a experimentar con sus trasmisiones inalámbricas, William Carl Roentgen descubrió otro tipo de emisiones electromagnéticas - los rayos X.
Roentgen experimentó con el poder penetrante de los rayos X. "Tomó fotografías" de la mano de su esposa, varios objetos metálicos (incluyendo su pistola), madera y vidrio. El uso de los rayos X como herramienta médica fue obvio para Roentgen y para otros. La experimentación de Roentgen con su pistola y otros metales predijeron el uso de los rayos X en los aeropuertos de seguridad y para detectar fatiga mental.
El uso común de la palabra "luz" para significar solamente la luz visible causa un poco de confusión. Los científicos se refieren a formas de luz como radiación electromagnética y al espectro entero como espectro electromagnético.
 Como otra manera de ver diferentes tipos de emisiones magnéticas, esta tabla provee información sobre la longitud de onda y la frecuencia de diferentes "tipos de luz".
Estos muchos descubrimientos y la invención de instrumentos que nos permiten "ver" más allá de las ondas visibles de luz han proporcionado a los astrónomos importantes herramientas para explorar nuestro universo desde lejos. Descubre cómo usan los astrónomos el espectro electromagnético para mirar el universo en toda su luz.
+ Volver a Antecedentes del Sol y la Tierra | + Inicio | + Siguiente: cómo usan los astrónomos el espectro electromagnético
|
