¿Cuánto brilla una estrella

¿Cuánto brilla una estrella?
Cuando miramos al cielo en una noche despejada, lo primero que
nuestros ojos advierten es que las estrellas que observamos
presentan brillos y colores diferentes. Algunas deslumbrantes, otras
de brillo medio y otras tantas sólo
visibles con cierto esfuerzo.
Los astrónomos profesionales y
aficionados se refieren en muchas
ocasiones a las estrellas en términos
de brillo, tanto para estudios
científicos como para efemérides de
cara a la observación. Pero, ¿cómo
expresar la medida del brillo de una
estrella?
Resultaría
muy
problemático y confuso referirnos al brillo de un modo cualitativo o
comparativo (esta estrella brilla más que la de su izquierda,aunque
un poco menos que la que se sitúa arriba junto a otra más brillante
que las dos). También sería un tanto impreciso catalogar el brillo de
las estrellas de un modo descriptivo (muy brillante, bastante, algo,
poco...). Es necesario entonces buscar un modo cuantitativo de
medir ese brillo.
Magnitudes
¿Cómo expresar entonces el brillo de una estrella? Los astrónomos
emplean un sistema bien sencillo que procede de la antigua Grecia:
las magnitudes. El ojo humano es capaz de catalogar estrellas en
base al brillo y de estimar cuando dos estrellas dadas tienen un
brillo idéntico o similar. Los antiguos astrónomos griegos asignaban
a las estrellas más brillantes del cielo la magnitud 1 y a las apenas
perceptibles a simple vista en las noches más oscuras la magnitud
6. Entre ambos números existen valores intermedios que se pueden
emplear para expresar el brillo de estrellas más o menos brillantes.
De este modo tan sencillo, las estrellas de magnitud 1 son las más
brillantes, las de magnitud 2 brillan algo menos que las de 1, las de
magnitud 3 son más débiles que las de 2, etc... así hasta llegar a la
magnitud 6, el límite para las estrellas más difíciles de ver a simple
vista.
Imagen: el sistema de magnitudes
empleado por los griegos, en el que las
estrellas más brillantes son de magnitud 1 y las más débiles de
magnitud 6.
Desde la época de los antiguos griegos, la Astronomía ha
progresado muchísimo y aunque seguimos empleando nuestros
ojos para medir el brillo de las estrellas y otros cuerpos celestes
(planetas, cometas, asteroides, etc.), también contamos con
instrumental óptico avanzado y sistemas de tratamiento de imagen
que nos resultan de gran ayuda para realizar nuestros estudios u
observaciones astronómicas. Esto ha conllevado que la medida del
brillo de un objeto celeste no solamente se exprese mediante los
números enteros antes mencionados (1, 2, 3, 4, 5 y 6), sino que
además podamos referirnos al brillo con mayor precisión. Es obvio
pensar que pueden existir estrellas que no sean tan brillantes como
las de magnitud 1, pero sí resulten más luminosas que las de
magnitud 2. En este caso, para expresarnos con mayor precisión,
en vez de emplear números enteros podemos referirnos al brillo de
una estrella con números decimales. De hecho, para, los
astrónomos siempre suelen emplear magnitud decimal. Por
ejemplo, la estrella Albireo (en la constelación de Cisne) tiene
magnitud 3.2; Aldebarán (la estrella más brillante de Tauro) es de
magnitud 1.1 ó la estrella Polar (en la Osa Menor) es de 2.1. Incluso
es posible ir más allá y emplear dos o tres decimales, cuando
estamos realizando trabajos de mayor precisión que requieren una
estimación más exacta.
Ampliando la escala
Es posible que a estas alturas ya haya surgido una pregunta:
¿existen estrellas o cuerpos celestes más brillantes de magnitud 1?
La respuesta es afirmativa: de hecho, algunas estrellas presentan
un brillo mayor a este valor y la mayor parte de los planetas brillan
bastante más que las estrellas. Para continuar con la escala de
magnitudes, a las estrellas de brillo mayor que magnitud 1 se les
asigna un brillo de cero o incluso un valor negativo. Así, podemos
encontrarnos con estrellas como Betelgeuse (en Orión) con
magnitud 0.7, Capella (en Auriga) con magnitud 0.1, o Arturo (de la
constelación de Boyero) cuyo brillo es exactamente de 0.0. La
estrella Sirio (en Can Mayor) tiene un brillo tan alto que su magnitud
es negativa, de –1.5. Pero los casos más espectaculares son los
planetas: de los nueve planetas del Sistema Solar, cinco se
aprecian con facilidad a simple vista en el cielo: Mercurio, Venus,
Marte, Júpiter y Saturno. Saturno es el más “apagado” de los cinco,
con magnitud aproximada de 0. Venus es el más brillante, que
puede llegar hasta la magnitud –4.5. Júpiter tiene magnitud
aproximada –2 y Mercurio y Marte varían de brillo en función de su
posición respecto a la Tierra, pero en su máximo pueden llegar a
alcanzar magnitudes de –1.5 y –2.5, aproximadamente. Un caso
particular es el de Urano, de magnitud +5.9, apenas observable a
simple vista y muy difícil de localizar si no empleamos instrumental
óptico (prismáticos o telescopios).
Imagen: un mapa de la región del cielo en la que se encuentran las
constelaciones de Orión, Tauro y Géminis. Junto a cada estrella se
indica la magnitud de la misma.
Naturalmente, el Sol y la Luna son casos extraordinarios de brillo
en comparación con las estrellas, presentando el primero una
magnitud de –26.8 y la segunda, en fase llena, una magnitud de –
12.7. Algunos satélites artificiales pueden brillar mucho cuando sus
antenas reflejan la luz del Sol, alcanzando magnitud –7 ó incluso
mayor. La Estación Espacial Internacional (ISS) es fácilmente
visible a ojo desnudo, alcanzando su magnitud un valor de –4 ó
mayor en muchas ocasiones.
Pero no hemos de olvidarnos de aquellos cuerpos que no podemos
ver a simple vista y que de hecho son la mayoría que puebla el
Universo. Existen estrellas y otros objetos que son más débiles de
magnitud 6. Si miramos al cielo a través de unos prismáticos
apoyados en un trípode, seremos capaces de observar un buen
número de estrellas no visibles a ojo desnudo, llegando a la
magnitud 7, 8 ó incluso 9 (dependiendo del tipo y calidad de los
prismáticos). Con un modesto telescopio es posible percibir
estrellas de magnitud 11 y cuanto mejor sea el instrumento que
empleemos para la observación, más lejos podemos llegar. Por
ejemplo, con un telescopio potente y una cámara de fotografía
química o digital es posible alcanzar magnitudes cercanas a 17 ó
18, aunque dependiendo desde luego del tipo de telescopio y
cámara que estemos usando. Los observatorios profesionales
llegan mucho más allá: el conocido Telescopio Espacial Hubble
puede observar fácilmente estrellas de magnitud 25 ó 30...
Así, empleando esta escala de magnitudes podemos deducir qué
tipo de instrumental necesitamos emplear como mínimo para
observar un objeto determinado: Júpiter (magnitud -2.0) puede
observarse cómodamente a simple vista. Urano (-5.9) podría –en
teoría– verse a ojo desnudo, pero es prácticamente imprescindible
el uso de prismáticos como mínimo. Neptuno (-8.0) precisa al
menos unos prismáticos, pero para ver Plutón (-13.9) hará falta un
telescopio bien potente.
Brillo variable
Existen estrellas cuyo brillo varía, a las que denominamos
“Estrellas Variables”. Algol, una variable bien conocida en la
constelación de Perseo, varía entre magnitud 2.2 y 3.4 en un
periodo de tiempo de unos 2.86 días. Sabiendo la magnitud
podemos deducir que estas variaciones de brillo son visibles con
relativa facilidad a simple vista. Para apreciarlas sólo tenemos que
comparar la luminosidad de Algol con otra estrella próxima de
magnitud fija y que presente, por ejemplo, magnitud 3 –brillo más o
menos similar al de Algol–, para ver cómo algunos días brilla más
esta estrella de comparación y otros días es la propia Algol la más
brillante de las dos. En el transcurso de varias semanas y también
con un poco de práctica, podremos comprobar que, en efecto, la
luminosidad de Algol no es siempre la misma.
Otro ejemplo interesante es el de
otra estrella llamada R CrB en la
constelación de la Corona Boreal
que suele presentar magnitud
próxima a 6, pero que durante
periodos de tiempo determinados
sufre caídas bruscas e irregulares
hasta magnitud 13. R CrB resulta,
observable con algo de dificultad a
simple vista –aunque fácilmente a
prismáticos– cuando su brillo es alto,
pero difícil de apreciar con telescopio cuando sufre una caída de
luminosidad.
Imagen: mapa en el que se muestra la situación de la estrella
variable R CrB. Los números junto a las estrellas representan las
magnitudes de las mismas.
Cometas, nebulosas y galaxias: objetos difusos con dificultad
añadida
A excepción del Sol y de la Luna –casos particulares–, en todos los
ejemplos anteriores nos hemos referido al brillo que presentan los
objetos puntuales como las estrellas, es decir, aquellos objetos que
presentan aspecto de punto. Pero existen otros cuerpos celestes
que no son puntuales, tales como los cometas o las nebulosas, que
desde nuestra perspectiva son áreas en vez de puntos.
En estos casos, cuando hablamos sobre la magnitud de un objeto
de este tipo, estamos refiriéndonos a la luminosidad que presenta
todo un área si ésta fuese puntual, es decir, si pudiésemos
“encoger” toda esa área hasta que tomase forma de punto. De esta
forma, cuando nos hablan, por ejemplo, de la magnitud de una
nebulosa, tenemos que pensar en ese valor numérico distribuido
por la superficie de dicho objeto. ¿Qué implicación tiene esto?
Fundamentalmente que al tener que distribuir o repartir el valor de
la magnitud por todo el área del objeto, el brillo “real” de éste para
nuestros ojos es un tanto menor que la propia magnitud indicada del
mismo. Tenemos, de esta forma, que restar aproximadamente entre
1 y 2 magnitudes al valor inicial dado.
Imagen: la magnitud de los objetos
difusos no se ha de entender del
mismo modo que la de los objetos
puntuales.
Por ejemplo, una nebulosa que
presente magnitud 3 puede parecer
tener un brillo más que aceptable
para observar a simple vista. En
realidad, la magnitud efectiva para nuestros ojos podría hallarse
cercana a 5, lo cual la convierte en un objeto un tanto más difícil –
pero no imposible– de apreciar a simple vista. Un cometa que
presente magnitud 5 podría
resultar inapreciable a ojo desnudo y necesitar para su observación
el empleo de prismáticos. Si en un catálogo astronómico nos dicen
que una galaxia determinada tiene magnitud 9 y sabemos que con
nuestro telescopio hemos llegado a ver estrellas de magnitud 11, lo
más seguro es que dicha galaxia sea prácticamente imposible de
apreciar a telescopio, porque en realidad su “superficie” aparentaría
tener magnitud más débil que 10.
Mirando a través de filtros
Para llevar a cabo la mayor parte de los estudios astronómicos
profesionales se emplean filtros. Un filtro suele consistir en un cristal
que, como su nombre indica, filtra determinadas longitudes de onda.
Muchos de los filtros empleados en Astronomía son de colores, de
tal forma que su función es sólo dejar pasar la luz correspondiente a
ese color (más técnicamente, filtran un rango determinado de
longitudes de onda del espectro visible). Para observar estrellas y
planetas se emplean filtros amarillos, rojos, naranjas, azules,
verdes... en función de lo que interese estudiar. En otras
investigaciones se utilizan filtros de otros rangos de longitudes de
onda no pertenecientes al espectro visible (infrarrojos,
ultravioletas...) o en longitudes de onda muy determinadas.
En el caso de objetos como las estrellas, nebulosas, galaxias, etc.
es frecuente describir la magnitud en base al filtro empleado, es
decir, especificar junto al valor de la magnitud el filtro con el que se
observó el objeto determinado. Por ejemplo, podemos decir que una
estrella tiene magnitud 9.42 R, lo cual significa que su magnitud,
observada a través de filtro rojo, es de 9.42. Esa misma estrella
puede presentar magnitud 9.17 G (verde, “green” en inglés) o 9.23
B (azul, “blue” en inglés). La necesidad de especificar el filtro
responde a que la magnitud de la estrella –o de cualquier objeto–
no va a ser siempre la misma al observarla a través de diferentes
filtros o con ninguno, pues algunos de éstos dejarán pasar más luz
a su través y otros menos, en función de las características del filtro
y de la propia estrella. De este modo, en muchos catálogos
profesionales de estrellas y objetos de cielo profundo (nebulosas,
galaxias, quasares...) podemos encontrar varias medidas de
magnitud en función del filtro empleado.
Apéndice: ¿representan las magnitudes un brillo real?
Esta pregunta tiene dos respuestas, ambas negativas, que nos
pueden ayudar a entender conceptos e ideas sencillas, pero
importantes. Veámoslas por separado:
A) Una estrella de magnitud 1 brilla mucho más que otra de
magnitud 5, pero esto no significa que la primera sea un astro
intrínsecamente más brillante que la segunda. Es decir, la estrella
de magnitud 1 no tiene necesariamente que emitir más luz que la de
magnitud 5. Cuando observamos el cielo en una noche despejada
no podemos conocer de mano a que distancia de encuentra cada
estrella y puede suceder que la estrella de magnitud 1 sea pequeña
y de brillo intrínseco débil, pero que se encuentre muy próxima a
nosotros. También podría ocurrir que la otra estrella, de magnitud 5,
sea en realidad tremendamente brillante, pero al hallarse a una
distancia mucho mayor se aprecie como un punto muy débil. Un
ejemplo útil para entender esto es imaginar un faro situado a varios
kilómetros de distancia, el cual se aprecia como un punto luminoso,
y al mismo tiempo encender una linterna alumbrándonos
directamente a la cara. La linterna, al hallarse muy próxima a
nuestros ojos, nos resulta más brillante que el faro, aunque éste
último sea el que más luz emite. De todo ello podemos deducir que
las magnitudes no representan el propio brillo real de los objetos
que observamos, sino el brillo que estos tienen al observarlos
desde la Tierra.
B) Por otro lado, hay que tener en cuenta un aspecto importante de
la escala de magnitudes que estamos empleando: los valores que
usamos se basan en nuestra percepción visual, pero no en el brillo
intrínseco de las estrellas. Aunque pueda parecer lo contrario, una
estrella de magnitud 5 no brilla cinco veces menos que otra de
magnitud 1. Ni tampoco una estrella de magnitud 2 brilla el doble
que otra de magnitud 4. En realidad, una estrella de primera
magnitud es 2.512 veces más luminosa que otra de segunda
magnitud, la cual es también 2.512 veces más luminosa que otra de
tercera magnitud y así sucesivamente. Para comparar el brillo real
entre estrellas sólo es necesario realizar unos sencillos cálculos,
multiplicando dicha cantidad por la diferencia entre las magnitudes
de las dos estrellas a comparar. Así, la diferencia real de brillo entre
una estrella de magnitud 3 y otra de magnitud 5 es 2.512 x 2.512 =
6.310. O, por ejemplo, la diferencia de brillo entre una estrella de
magnitud 1 y otra de magnitud 6 es 2.512 x 2.512 x 2.512 x 2.512 x
2.512 = 100. De este modo, podemos decir que, para este último
caso, una estrella de magnitud 1 brilla 100 veces más que otra de
magnitud 6.
Es posible expresar este cálculo con una sencilla fórmula:
D = 2.512 |(m1-m2)|
en donde D se refiere a la diferencia de brillo, m1 es la magnitud del
objeto más brillante y m2 la del más débil.
|(m1-m2)| representa el valor absoluto de la diferencia entre
estas magnitudes, de tal forma que para calcularlo simplemente
hemos de restar el valor de magnitud del objeto más luminoso
menos el del más débil. El valor que obtengamos, si resultase
negativo, lo hacemos positivo.
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