El espectro electromagnético

2. El espectro electromagnético
Características de una onda
La radiación electromagnética puede ser descrita como una onda. Vamos a estudiar los parámetros que la
definen:
La longitud de onda (
) es la distancia entre
dos máximos consecutivos de la onda. Se mide
en unidades de distancia: por ejemplo, metros
(m) o cualquiera de sus submúltiplos, como el
ángstrom (1 Å = 10-10 m).
La frecuencia (
) se define como el número de
ciclos que se realizan en la unidad de tiempo
(s). Sus unidades son los hercios (Hz), de forma
que 1 Hz equivale a un ciclo por segundo.
La amplitud (A) es la distancia que hay entre el punto de equilibrio de la onda y el máximo.
Debido a que la velocidad de la luz es constante e igual a c, existe una relación directa entre la frecuencia y
la longitud de onda, ya que dada una longitud de onda determinada, si sabemos que la onda se desplaza a
velocidad c, para saber el número de veces que pasa un máximo por un punto, sólo hace falta dividir la
velocidad de la luz entre la longitud de onda. Tenemos, por tanto, que c = λ·ν
El espectro electromagnético
Es el conjunto de la radiación electromagnética de
todas las longitudes de onda. La luz, por ejemplo,
no es más que radiación electromagnética en un
rango de frecuencias a las que el ojo humano (y el
de la mayoría de las especies dotadas de visión) es
sensible. El hecho de que estemos dotados para la
visión en el rango visible, nos permite aprovechar el
máximo de emisión del Sol que se produce en este
rango. Probablemente, si nuestro Sol tuviese su
máximo en el infrarrojo, nuestros ojos estarían
dotados para ese tipo de visión.
En orden creciente de frecuencias (y por tanto, de
energía) el espectro está compuesto por las ondas
de radio, el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta, los
rayos X y los rayos gamma. Estos nombres
distinguen distintas frecuencias de un mismo
fenómeno: la radiación electromagnética.
Las ondas de radio
Las observaciones son una parte fundamental dentro de la Astronomía. Hay ciencias que se basan en la
experimentación, porque mediante experimentos se pueden reproducir las condiciones para que se den
determinados fenómenos en un laboratorio y puedan ser estudiados. Sin embargo, en Astronomía pocas
cosas pueden ser reproducidas en un laboratorio, y las únicas vías para avanzar en el conocimiento son la
vía observacional.
El desarrollo de instrumentos cada vez más potentes para las observaciones astronómicas ha sido
determinante en el avance de los conocimientos en esta ciencia, ya que estos se han ido desarrollando a lo
largo de los años a la par que las observaciones. El uso de grandes telescopios permite la observación de
objetos muchísimo más lejanos que los que pueden ser alcanzados a simple vista, y por otra parte, no
menos importante, porque nuestros ojos están restringidos a un pequeño rango del espectro
electromagnético, y no nos permiten recoger la información que nos llega en longitudes de onda distintas
del visible.
La longitud de onda radio tiene ciertas ventajas sobre otro tipo de radiación. Para empezar, comparte con el
óptico el privilegio de poder ser observada desde la Tierra. La atmósfera terrestre impide el paso a la
mayoría de las longitudes de onda de la radiación electromagnética, en algunas ocasiones afortunadamente
para nuestra salud, como ocurre con la radiación X o la ultravioleta.
En la siguiente figura vemos el comportamiento de la atmósfera para las distintas regiones del espectro
elctromagnético:
En la gráfica de la parte superior de la figura, la zona roja indica aproximadamente las alturas en las que la
radiación es absorbida en la atmósfera para cada longitud de onda. Vemos, por tanto, que la amósfera tiene
algunas "ventanas" que permiten el paso de ciertas longitudes de onda hasta la superficie terrestre.
A lo largo de este curso nos centraremos más en la información que se puede de obtener de la luz con
frecuencias de entre 5 khz y 300 GHz (las "radiofrecuencias").
Banda
Longitud de onda (cm)
Frecuencia (Ghz)
L
30-15
1-2
S
15-7.5
2-4
C
7.3-3.75
4-8
X
3.75-2.4
8-12
K
2.4-0.75
12-40
Como ya indicamos el Radiotelescopio de Robledo que utilizaremos, el DSS 61, permite la observación en
ondas de radio S (2.2-2.3 GHz; 13 cm) y X (8.4-8.5 GHz; 3.5 cm) .
Otra ventaja muy importante de las ondas de radio, es que debido a su baja energía, y por tanto, longitud de
onda larga, no interfieren apenas con el material que se encuentran a su paso (a no ser con determinados
materiales, como aquellos de los que están construidas las antenas, que actúan como reflectores de ondas
de radio). Por este motivo es por el que podemos oír la radio dentro de nuestras casas, ya que las ondas de
radio atraviesan las paredes y son detectadas por los receptores de nuestro aparato de radio, que las
convierte en sonido.
Este hecho hace que las ondas de radio sean especialmente útiles en Astronomía para estudiar objetos que
se encuentran en el interior de nubes de gas y de polvo. La radiación en el rango visible de esos objetos
está totalmente oscurecida por el material que se encuentra delante de ellos, por lo que no se pueden
observar con telescopios ópticos. Sin embargo, las ondas de radio, al tener una longitud de onda mayor, no
son afectadas por el gas o el polvo, permitiéndonos así el estudio de objetos en regiones densas y
oscurecidas, como pueden ser las regiones de formación estelar.