Estrellas: El conocimiento de la luz II

En el post anterior de esta serie, había comentado qué es un espectro y que aspecto tiene. Pero su forma nos planteaba una nueva pregunta:

¿Porqué tiene esa forma?

Cuando en la naturaleza se encuentra un hecho experimental, no podemos quedarnos ahí. Es fundamental usar la física que tenemos para explicar porqué es así, ya que hasta que no lo consigamos no habremos entendido el problema realmente. Pero si la física conocida no es suficiente, hay que plantear nuevas opciones que sean consistentes al mismo tiempo con la física anterior pero también con los nuevos hechos experimentales, cambiando toda nuestra percepción de la física en el proceso. El problema de la forma del espectro fue uno de esos problemas.

A finales del siglo XIX y principios del XX el problema del cuerpo negro traía de cabeza a los mejores cerebros de la época. El problema consistía en explicar por qué cuando algo se calienta emite radiación, y por qué la emite  como un espectro:

Podéis comprar la forma de estas curvas con lo que obteníamos experimentalmente del Sol. El parecido no es para nada casual: el Sol se comporta como un cuerpo negro. Fuente: Wikipedia

Tenéis que pensar que lo que se trata de explicar es la razón por la cual, cuando se calienta suficiente algo empieza a brillar, por ejemplo, un metal “al rojo vivo”, el magma de un volcán, las brasas de una barbacoa o en una bombilla (de las de filamento incandescente). En todos estos casos se trata de algo tan caliente que empieza a emitir luz. La cuestión es que si midiéramos la radiación de estos objetos, obtendríamos un espectro con similar forma al del Sol (aunque no igual, como ya veremos).

Debo señalar que el nombre técnico “cuerpo negro” se refiere a un cuerpo “ideal”, capaz de emitir y absorber cualquier longitud de onda por igual. Como ya vimos, los colores de los objetos se generan debido a que absorben más algunas longitudes de onda que otras. Por tanto aquí negro indica que no posee preferencia de absorción o emisión, sin embargo no implica que el objeto tenga que ser literalmente de color negro.

La física clásica (la previa al siglo XX) no sólo no lograban explicar la fórmula, si no que llevaban a la absurda conclusión de que se emitía una cantidad infinita de energía.

En 1901, un tipo muy listo, llamado Max Planck encontró la ley física que describía el funcionamiento del cuerpo negro, llamada en su honor Ley de Planck.Esta ley describe la intensidad que se emite para cada longitud de onda dependiendo de la temperatura a la que esté el cuerpo.

Lo revolucionario de esta ley es que para su deducción requería inevitablemente admitir la hipótesis cuántica (que había propuesto Planck en 1900):  la energía de la radiación electromagnética no puede tener cualquier valor, si no que está discretizada* en “paquetes”, más tarde bautizados como fotones. Para que lo entendáis fácilmente: a la luz le pasa como al dinero. Vosotros no podéis pagar 0,031 céntimos de euro, sencillamente, porque la moneda más pequeña que hay es el céntimo de euro. Así, la luz y el dinero no pueden tener cualquier valor, si no que están discretizados (toma valores discretos concretos). Podéis tener 2 céntimos o 2 fotones, pero no 2,5 céntimos o 2,5 fotones.

Todo esto fue el comienzo de la física cuántica, que nos ha permitido entender cómo se comporta la naturaleza a pequeñas escalas y ha cambiado radicalmente nuestra forma de entender el universo a lo largo del último siglo.

La historia de la física está muy bien, pero ¿qué nos dice esto de una estrella?

La forma del espectro depende de la temperatura, tal como expresa la Ley de Planck. Por tanto, si conocemos el espectro del Sol experimentalmente, podremos conocer la temperatura de su superficie**. Por extensión, si obtenemos el espectro de otras estrellas, podremos conocer también sus temperaturas.

En concreto se emplea la Ley de desplazamiento de Wien, que se deduce matemáticamente a partir de la Ley de Planck. Esta Ley nos relaciona la longitud de onda del máximo de intensidad  (la “cima de la montaña”) de un espectro, con la temperatura del cuerpo que ha emitido dicho espectro:

Cada curva, dadas por la Ley de Planck, corresponde a una temperatura diferente que podéis ver indicada junto a ella. Fuente: Wikipedia

De esta manera tenemos una forma de medir la temperatura de las estrellas sólo con su luz, sin necesidad de tener que mandar sondas a medirla.

Gracias a que podemos conocer la temperatura podremos clasificar las estrellas en grupos, llamados “clases espectrales”. Lo que nos va a permitir deducir una gran cantidad de información de las estrellas: si son jóvenes o viejas, su masa y su tamaño. Todo esto lo explicaré próximos post.

Por otro lado, queda en el aire una pregunta muy importante, que puede que se os ocurra si miráis de nuevo el espectro experimental del Sol y lo comparáis con una de esas curvas teóricas:

¿Qué son todos esos cortes y picos que tiene? Parece cómo si le hubieran cortado trozos... ¿no?

Breve Curiosidad #23: Universos alternativos

No me he podido resistir a compartir este pequeño chiste con vosotros…

Visto en 404

Grandes Frases #1

El otro día estaba leyendo un ensayo de Santiago Ramón y Cajal (“Los tónicos de la voluntad”) y me llamó mucho la atención cierta frase. Aunque debo confesar que el texto está lleno de párrafos para enmarcar. Pero hablaré del libro cuando lo acabe. Hoy os dejo aquí la frase en cuestión:

“De los dóciles y humildes pueden salir los santos, pocas veces los sabios”

La influencia de Ceres

Ceres es lo que hoy se llama un planeta enano y está localizado en el cinturón de asteroides, oscilando su distancia al Sol entre 2,5 y 3 unidades astronómicas (una unidad astronómica es aproximadamente la distancia media Tierra-Sol).

Desde bastante antes de su descubrimiento se sospechaba de la posible existencia de un planeta situado entre las órbitas de Marte y Júpiter. Bajo esta premisa el hipotético planeta fue buscado por un grupo de astrónomos que, sin embargo, no consiguieron encontrarlo. Es curioso que el 1 de enero de 1801, tan solo un año después de la infructuosa búsqueda, un astrónomo que estaba realizando un catálogo estelar lo observó casualmente. Su nombre: Giuseppe Piazzi.

Al día siguiente, 2 de enero, se nubló y al parecer la visibilidad durante ese mes fue un poco mala. Por ello no pudo publicar su hallazgo con un estudio de su movimiento hasta el 24 de enero. En esta publicación trataba su hallazgo como un “cometa” atípico, puesto que no se le observaba capa gaseosa, aunque, al parecer, él sospechaba que podía ser un nuevo planeta por su movimiento. No quería arriesgarse a decir que había descubierto un planeta y luego haberse equivocado.

Cuando esos datos publicados llegaron a  manos de Gauss, este ideó un ingenioso método matemático para calcular la órbita del cuerpo. Y efectivamente, con los pocos datos disponibles cálculos su órbita con gran precisión, confirmando que su órbita estaba a 2,8 unidades astronómicas, es decir, entre la órbita de Marte y la de Júpiter.

En un primer momento se lo catalogó de planeta. Y aunque más tarde, con la avalancha de descubrimientos de otros grandes asteroides en la misma órbita, se decidió clasificarlo como asteroide, se le puede encontrar en la bibliografía de la primera mitad del S. XIX considerado como planeta.

Curioso paralelismo con Plutón, que durante tanto tiempo se lo ha ha tratado de planeta y al final, los dos han acabado en el saco de los planetas enanos. Es gracioso que en la misma reunión de la Unión Astronómica Internacional en la que a Plutón se lo reclasificó, también se reclasificó a Ceres, convirtiéndose en el menor de los planetas enanos, cuando antes ostentaba el “título” de mayor asteroide conocido.

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Vale, si miráis los tamaños, Plutón duplica en tamaño a Ceres y eso puede ser una “razón válida” para que uno sea planeta y otro no. ¿O no? Tierra y Venus duplican ambos en tamaño a Marte, y Júpiter los deja a todos los demás planetas y cuerpos del sistema, a excepción de Sol, como enanos.

planetas2

Hace tiempo ya, no mucho después de dicha reunión, encontré en cierto foro sobre magia un hilo sobre la astrología y Plutón. Me llamó mucho la atención un comentario en especial, algo así como:

“no importa cómo lo clasifiquen para mí sigue siendo un planeta y lo voy a seguir usando para mi horóscopo.”

Al leer esto no pude evitar acordarme de Ceres y contesté algo así como:

“Que absurdo que la astrología haya empleado a Plutón durante este último siglo porque los astrónomos lo llamaron planeta, pero a objetos muy similares, que no se les ha llamado así, no los ha considerado. Sin ir más lejos ahí está Ceres, que no lo vas a encontrar en ninguna carta astral.”

No recuerdo que me contestara.

planetas

En el fondo, la moraleja de todo este asunto es que la astrología moderna es absurda, entre otras razones,  porque se basa en “los planetas”. Pero esos planetas son aquellos que los astrónomos dijeron hace algo más de un siglo que lo eran. No importa otros objetos similares que están ahí y que no se llaman planetas. A Ceres no lo añadieron en la lista astrológica y si lo hicieron, al pasar a considerarse un asteroide, debió desaparecer.

En cambio a Plutón se lo llamó planeta y entonces pasó a  formar parte de las influencias astrológicas. El sistema solar está lleno de cuerpos, más grandes o más pequeños y la astrología sencillamente se queda “algunos”, en concreto aquellos que si acudes a un libro de texto, se los llama planetas.

Con el cambio de clasificación de Plutón los astrólogos declararon que “no vana  dejar de usarlo porque lo digan los astrónomos” y se rasgaron las vestiduras. Me parece bien, pero si quieren ser coherentes entonces deberían decidir según que criterio Plutón es una “influencia” y Ceres no lo es. Bueno digo Ceres, pero podría decir Vesta, un asteroide del cinturón un poco menor que Ceres, o Eris, que es más grande que Plutón aunque esté más lejos de Sol que él. La lista sigue y vosotros mismos podéis haceros a la idea consultando una  lista de planetas enanos o de asteroides del cinturón.

Esta es una de tantísimas incoherencias que tiene esta tradición mágica, y que a lo largo de este año no me aburriré de explicar ya que, precisamente, 2009 es el Año Internacional de la Astronomía.