Espectroscopía para leer la luz

Es posible que hayas escuchado que la atmósfera de Venus está compuesta principalmente de Dióxido de Carbono. Pero si no hemos estado allí para comprobarlo ¿cómo llegamos a esa conclusión? La respuesta es espectroscopía. Por medio de esta técnica somos capaces de saber qué elementos químicos componen casi cualquier cosa: las estrellas, las nebulosas, las galaxias… 

Empecemos de cero: al igual que el paso de los rayos de sol por las gotas de agua forman el arcoiris, un prisma difracta la luz. Aunque podamos pensar que pasamos del color rojo al violeta de forma continua, si nos fijamos muy bien encontraremos un cierto código de líneas oscuras en el espectro del Sol. Al final encontrarás un vídeo que hemos hecho sobre esto 🙂

El modelo atómico

Pero, ¿qué es esto de líneas oscuras y de un código en la luz? Para entenderlo necesitamos en primer lugar familiarizarnos con la enigmática Mecánica Cuántica, en concreto con el modelo atómico.  A escalas atómicas, la materia se comporta de manera muy diferente a como estamos acostumbrados. De ‘El papel de las Fuerzas Fundamentales’ sabemos que un átomo está formado por un núcleo de protones y neutrones, y de electrones a su alrededor. Para entender cómo se disponen estos electrones vamos a pensar en una escalera con una serie de niveles. Si aún no nos hemos subido en ella podemos decir que estamos en el nivel 0, cuando subimos el primer peldaño llegamos al nivel 1 y así sucesivamente. Cuanto más altos estamos, de más energía disponemos. Y aunque sea sorprendente, ¡así es como funciona un átomo!

Al igual que en la escalera no podemos estar flotando entre dos peldaños, los electrones se encuentran en niveles concretos de energía. El nivel cero corresponde al menos energético y lo conocemos como estado fundamental, y conforme gana energía asciende a los estados excitados. Para que un electrón supere un cierto nivel es necesario proporcionarle exactamente esa energía entre niveles en forma de luz (fotón). Y como en la naturaleza todo tiende a la mínima energía, el átomo acabará por desexcitarse perdiendo un fotón ¿adivinas de qué energía? Eso es, con la misma que hay entre ‘los peldaños’ de los niveles atómicos. A la espectroscopía lo que le interesa de todo esto, es que precisamente cada átomo tiene unas energías entre niveles distintas, dejando así su característica firma.

Representación esquemática del modelo atómico

Código de líneas en el espectro

Entonces esas líneas oscuras del espectro del Sol, o lo que llamamos líneas de absorción, son el resultado de que un átomo de gas frío absorba un fotón de luz para excitarse. Que esa línea se encuentre en un color u otro nos da la información de la energía del fotón que ha sido absorbido y por tanto delatando al átomo culpable. Si por otro lado tenemos un gas muy caliente, se da el proceso inverso: átomos que se desexcitan perdiendo un fotón y generando líneas brillantes en un determinado color, líneas de emisión.

 Por suerte no estamos tan limitados por lo que nuestro ojo es capaz de ver, pues además de los colores o espectro visible, los fotones pueden tomar un amplio rango de energías: desde los Rayos Gamma que son los más energéticos hasta las ondas de radio. Como no somos capaces de observar luz fuera de nuestro conocido arcoiris, los astrofísicos usan gráficas para medir cuán intensa es la luz a cada energía, o lo que es lo mismo, a cada longitud de onda. Con estas gráficas identificamos las líneas de absorción como las bajadas en la intensidad, y de manera equivalente las líneas de emisión como subidas.

Espectro electromagnético. Un fotón puede representarse por una onda. Cuanto menor es su longitud, mayor es su energía.

 Si comparamos los espectros de la Tierra, Venus y Marte, vemos una bajada en la intensidad para los tres planetas en la longitud de onda correspondiente al Dióxido de Carbono (CO2). Además, en la Tierra también podemos encontrar la presencia de ozono (O3) y agua (H2O).

Espectro de Venus, Tierra y Marte

Para completar algo de información sobre el espectro electromagnético y las líneas de absorción, os dejamos un breve vídeo con el que hemos participado en el Concurso del día Internacional de la luz de la UCM. Esperamos os encante.

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Esta entrada tiene 2 comentarios

  1. David

    Gracias muy explícito en la argumentacion.

    Saludos

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