Misterios del espectro electromagnético
Artículo basado en el libro: "La Luz" de Pierre Rousseau.
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Todos conocemos animales que son capaces de escuchar sonidos que nosotros no somos capaces de percibir; como el caso del murciélago, que como método de ecolocalización emplea ultrasonidos (frecuencias superiores a los 20.000 Hz) o los elefantes que son capaz de percibir los infrasonidos (frecuencias inferiores a los 20 Hz), mientras que el ser humano solo es capaz de escuchar sonidos con frecuencias intermedias (20-20.000 Hz). Del mismo modo, también existen animales que son capaces de ver longitudes de onda (y por lo tanto frecuencias) que nosotros no somos capaces de observar. Entre ellos destacan las abejas, que son capaces de ver en el espectro ultravioleta, es decir, por debajo de los 400 nm; e insectos nocturnos que son capaces de observar en el infrarrojo (más de 700 nm) para detectar el calor de sus presas bajo el cielo nocturno. Los seres humanos, por el contrario, sólo somos capaces de observar una pequeña parte del espectro, que desde nuestro punto de vista antropocéntrico hemos denominado luz visible, y que muestra unas longitudes de onda que oscilan entre 400 y 700 nm. No obstante, está “luz visible” es visible para nosotros pero los rangos de longitudes de onda de otros animales pueden variar, por lo que para lo que ellos es la luz visible, para nosotros pueden ser las radiaciones UV que queman nuestra piel en verano, o las radiaciones infrarrojas que emplean los mandos a distancia de la televisión. Lo que nos debe quedar claro es que todas estas radiaciones electromagnéticas representan la misma cosa, la luz.
De todo el universo convergen en la tierra radiaciones de lo más variadas (diferentes longitudes de onda), pero como ya he mencionado, una de las desdichas de la humanidad se basa en que solo somos capaces de percibir una parte ínfima de estas radiaciones. Concretamente, las radiaciones que recibimos pueden ir desde 1 km de longitud de onda (ondas de radio), hasta una centésima de Angstrom (10 -10 m) pero nosotros solo vemos de 400 a 700 nm, somos ciegos ante el resto de radiaciones. Aunque nos aprovechamos de esas radiaciones invisibles a nuestros ojos de formas muy diversas. Como ya os explicarían en las clases de física del instituto, la luz se basa en vibraciones perpendiculares de un doble campo eléctrico y magnético (como demostró Maxwell). La frecuencia de estas radiaciones está directamente ligada su longitud de onda mediante la fórmula 𝑐 = 𝛌 * 𝑣 donde "c" es la velocidad de la luz en el vacío (que es una constante universal), "𝛌" representa la longitud de onda y "𝑣" representa la frecuencia. Por lo que al aumentar una, la otra desciende y viceversa. La luz que nosotros denominamos visible, es la que se puede observar en fuentes luminosas basadas en radiación térmica (una hoguera, una bombilla), descargas eléctricas en gases (fluorescentes) y los arcos eléctricos. Siendo el receptor nuestro ojo, que muestra una enorme sensibilidad pudiendo captar el resplandor de una vela a 10 km de distancia.
Espectro electromagnético de la luz (Fuente: Wikipedia)
Más allá del espectro visible podemos encontrar la radiación infrarroja o térmica, que emite cualquier cuerpo con una cierta temperatura. Por ello, al calentar un metal (a unos 600 ºC) observamos cómo este va volviéndose rojo y emitiendo luz, el filamento de una bombilla se calienta a temperaturas de 2.000 ºC y emite luz blanca (fusión de todos los colores) o amarillenta, mientras que un arco eléctrico (a 3.500 ºC) emite luz azul. Esto se debe a la ley de Wien, la cual indica que la longitud de onda de intensidad máxima es inversamente proporcional a su temperatura; esto es, cuanto mayor temperatura tenga un objeto, emitirá radiación a una menor longitud de onda y, por lo tanto, nosotros lo veremos como próximo al azul o al violeta; mientras que a menor temperatura, la radiación virará al otro lado del espectro visible (mayor longitud de onda) y lo observaremos de color rojo. Continuando con el infrarrojo, cualquier cuerpo con un temperatura superior al 0 ºK (-273,15 ºC), vamos cualquier cuerpo, emite radiaciones electromagnéticas. Por lo tanto, la silla sobre la que estás sentado y el suelo por el que caminas emiten ”luz” en el sentido de radiación electromagnética. Si el cuerpo en cuestión se encuentra a unas decenas de grados (como tú y como yo), las radiaciones que emite son del tipo infrarrojo, que muestra unas longitudes de onda que oscilan desde 700 nm hasta los 2.000.000 nm (o 2 mm). Comparadas con las radiaciones visibles, las de infrarrojo, no quedan detenidas por obstáculos que sí detendrían las ondas visibles. Por ejemplo, en el caso de la luz visible, una simple niebla es capaz de esconder un paisaje completo, ya que las pequeñas ondas que observamos no son capaces de sortear las gotitas de la humedad. Si fuésemos capaces de observar el infrarrojo, esta niebla no dificultaría nuestra visión lo más mínimo. Sus aplicaciones también son muy numerosas como las famosas gafas de visión nocturna o las técnicas de termografía médicas, en las que como diversas patologías se pueden traducir en reacciones térmicas, estas pueden ser detectadas por infrarrojos, para poder localizarlas de forma muy precisa.
Si vamos reduciendo la longitud de onda (y aumentando la frecuencia) desde el infrarrojo, pasando por todos los colores del espectro visible, llegamos a longitudes de onda inferiores a 380 nm (400 nm para redondear), nos estamos adentrando dentro del espectro ultravioleta. Este espectro, se puede dividir en el ultravioleta próximo (UVA) el más próximo al espectro visible, luego el mediano (UVB) y finalmente el lejano (UVC) que estará justo antes de los rayos X. La importancia del Ultravioleta radica en que la luz solar que nos baña a lo largo de todo el año está compuesta por 50% de infrarrojo, 47% de luz visible y un 3% de luz ultravioleta. Aunque sea reducida la proporción de UV de la luz solar, tendríamos que eliminar aquella parte del UV mediano y del UV lejano que es retenida por la capa de ozono, con lo que se haría aún más pequeña. Aun así, esa radiación que nos llega es la causante de nuestro bronceado y nuestras quemaduras en la playa. Además, dependiendo de la sensibilidad de nuestra epidermis y del tiempo de exposición, estas radiaciones pueden provocar desgastes en el organismos, que pueden ir desde una degeneración de la piel hasta un cáncer (melanoma). Por lo tanto, la próxima vez que tomes el sol para buscar un atractivo bronceado, échate crema, ya que la luz podría acabar con tu vida.
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