El arcoiris ¿un código para descifrar el universo?

Existe un código para reconocer cada elemento en el universo y se encuentra en el espectro continuo.

Arcoiris

Todos hemos visto el arcoiris alguna vez. Otros tantos sabemos que el arcoiris es en realidad la luz blanca que se descompone en todos los colores  al pasar a través de un prisma, ya que la longitud de onda de cada uno de estos colores viaja a diferente velocidad lo que provoca su separación. Pero pocos saben lo que se esconde detrás de estas franjas multicolor: un código para descifrar los elementos del universo.

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Experimento del espectro continuo de Isaac Newton

A pesar de que Issac Newton fue uno de los primeros científicos en estudiar la luz blanca y el espectro continuo del arcoiris, ésta, una de las mentes más grandiosas y generosas de la ciencia, pasó por alto algo que el físico alemán Joseph von Fraunhofer notó casi 100 años después al mirar más de cerca el arcoiris y su espectro.

Por medio del mismo prisma, Fraunhofer se dio cuenta que el espectro solar  visto por Newton tenía ciertas líneas negras que lo cruzaban de un lado a otro, estas pequeñas franjas interrumpían la continuidad del color. Fraunhofer estudió alrededor de 570 de estas líneas y les asignó nombres a las principales según la longitud de onda en la que aparecían, también se dio cuenta que el espectro producido por las llamas y por el  Sol tenían similitudes en sus líneas oscuras; pero este físico jamás descubrió qué era lo que causaba estas bandas oscuras ¿por qué el arcoiris se veía interrumpido?

Fueron los científicos Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen en 1859 (45 años después) los que entendieron la razón de las franjas oscuras. Kirchhoff consiguió producir sustancias puras para el mejor desarrollo de los experimentos con el prisma, depositó esas sustancias entre el prisma y la fuente de luz. El espectro producido por cada una de ellas era diferente, pero había características similares entre ellas. Por fin, los investigadores se dieron cuenta que cada elemento del universo tiene características únicas en el espectro, líneas oscuras exclusivas de cada elemento como si fueran una huella digital. A estas bandas se les llamó “Líneas de Fraunhofer” y durante años los científicos se enfocaron en registrar la “huella digital” de cada elemento y compuesto.

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Las líneas oscuras que veía Fraunhofer en el espectro del la luz del Sol eran la suma de la absorción que los elementos presentes en las capas exteriores del astro hacían de ciertos fotones de acuerdo a sus frecuencias (longitudes de onda). Cada elemento absorbe determinadas frecuencias de todo el espectro visible, es decir, cada elemento absorbe ciertos colores (frecuencias) mientras que refleja otros; y esos colores que el elemento absorbe son las líneas oscuras que se pueden observar en el espectro. Como el elemento absorbe esa longitud de onda, queda una franja negra donde debería verse dicho color ahora absorbido.

Pongamos esto en términos simples. Se hace en tu casa una reunión familiar y todos están ahí. Se sientan a tomar café y comer galletas. A cada uno de los miembros de tu familia le gustan las galletas, pero a cada quien con un sabor distinto: A la abuela las de chocolate, a tu hermano las de nuez, a tu mamá las glaseadas, a tu papá las de chispas y así sucesivamente. Estás en un extremo de la mesa y les pides que te pasen el plato de galletas. Si es la abuela quien te da el plato, seguramente se comerá las galletas de chocolate antes de que lleguen a ti y si quien te da el plato es tu mamá, no probarás las galletas glaseadas porque ella se las habrá comido antes. Así, si el codiciado plato de galletas pasa por tu hermano y tu papá antes de llegar a ti, ten por seguro que no comerás ni galletas de nuez, ni de chispas. Mala suerte.

Líneas de Fraunhofer
Líneas de Fraunhofer

Lo mismo con los colores del espectro: Cada elemento absorbe ciertos colores que ya no llegan cuando se proyecta el espectro. La absorción de los fotones que viajan a ciertas longitudes de onda -colores- se da cuando estos fotones que van viajando tienen una energía muy similar a la que los electrones del elemento al que llegan necesita para cambiar de  de orbital, así que el elemento los absorbe para provocar ese cambio de lugar del electrón.

Ahora, así como existen las líneas de absorción en las que un elemento absorbe una o varias longitudes de onda; también existen las líneas de emisión. En realidad este principio es bastante sencillo: Esos fotones que el elemento absorbió para que su electrón cambiara de orbital tienen que ser reemitidos tarde o temprano. Así como entran, deben salir. Por lo tanto, las líneas de absorción y las de emisión son las mismas para cada elemento.

Para poder ver líneas de absorción o de emisión sólo hace falta cambiar la fuente de luz. Si lo que se pretende es observar las líneas de absorción se debe colocar un gas entre la fuente de luz y el prisma. Si lo que se pretende es observar son las líneas de emisión es necesario que el elemento se encuentra a una alta temperatura para que se produzca incandescencia y sea el elemento la misma fuente de luz.

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A estas alturas podría parecer que las Líneas de Fraunhofer y tantos años de estudio no tienen, en realidad, una utilidad muy práctica. Pero lo cierto es que sí la tienen. Los científicos de los que estuvimos hablando, Kirchhoff y Bunsen, comenzaron a estudiar los espectros de las estrellas, las nebulosas y los cuerpos celestes. Con su investigación determinaban qué elementos componían los planetas y los astros con una forma de investigación en la que no necesitaban ni presencia ni muestreo de esos lugares lejanos.

Gracias a esta nueva especialización de la ciencia, a la que llamaron espectroscopia, se descubrieron varios elementos químicos como el helio, el indio, el talio, entre otros; así como el cesio y rubidio, descubiertos por Kirchhoff y Bunsen personalmente.

La espectroscopia, además de indicar de qué elementos se compone un objeto luminoso, también revela si el cuerpo luminoso fuera de órbita y la Tierra se acercan o se alejan entre sí, además de indicar la velocidad relativa a la que lo hacen. La espectroscopia ha crecido desde sus inicios, y en la actualidad cubre gran parte del espectro electromagnético, que va de los infrarrojos hasta los rayos gamma (que ya no son visibles como los colores); e incluso, la espectroscopia analítica se encarga de identificar átomos o moléculas debido al espectro que poseen.

Si el arcoiris había guardado todos estos secretos por tantos años ¿cuántos secretos no ocultará la luz? ¿cuánto nos falta por descubrir?

1 comentario en “El arcoiris ¿un código para descifrar el universo?

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