Astronomía. Historia de la ciencia y la filosofía. Exploración espacial.
Pérez Díaz, José Luis
Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad Carlos III de Madrid
Programa ADA de las Universidades de la Comunidad de Madrid
Septiembre de 2009-OCW
(http://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/astronomia-mecanica-celeste-y-exploracion-espacial)
Astronomía. Módulo 2. Exploración espacial.
Tema 2.3. Hubble, Hoyle, Cefeidas y triangulación de galaxias: el tamaño del universo.
2.3.1. Líneas espectrales y expansión del universo.
Las diferentes sustancias emiten y absorben radiación infrarroja con frecuencias características de las sustancias. Así por ejemplo el vapor de sodio emite el color amarillo que podemos ver en las farolas típicas de carreteras. O por ejemplo la absorción específica del vapor de agua en la atmósfera que le proporciona su color azul.
De esta forma cada gas emite (y absorbe) una serie de frecuencias (líneas) específicas que permiten identificarlo.
De hecho estas líneas las observó por primera vez en 1802 William Wollaston al descomponer la luz del Sol mediante un prisma. En 1814 Joseph Fraunhofer las catalogó cuidadosamente. En 1850 Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen observaron la producción de líneas espectrales de emisión a partir de sustancias sometidas a calentamiento en un mechero (de Bunsen claro).
En el siguiente enlace: http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/espectros/spespectro.html hay una herramienta para mostrar las líneas espectrales de diferentes sustancias (donde pone “Seleccione un elemento del menú para ver su firma espectral.”. Les recomiendo que selecciones las líneas de Hidrógeno (hydrogen) y Helio (Helium) y las comparen con, por ejemplo, carbono (carbon).
Diversos autores difieren en si fueron el matrimonio Huggins (William Huggins y Margaret Lindsay) o Vesto Melvin Slipher –astrónomo americano- los primeros en observar las líneas espectrales provinientes de galaxias y nebulosas. Ellos observaron que las líneas correspondían con las de sustancias conocidas pero corridas hacia el rojo. Esto quiere decir que las líneas son iguales a las del hidrógeno o del helio pero moviendo las líneas hacia frecuencias más bajas (Longitudes de onda más largas). Como el rojo es el color de mayor longitud de onda de entre los visibles se emplea la expresión “corrimiento hacia el rojo” para indicar este efecto en la luz visible.
La interpretación de este fenómeno es simple: el efecto Doppler. El mismo efecto que nos hace oír más agudo un tono cuando se acerca a nosotros y más grave cuando se aleja, puede ser responsable de este corrimiento. Tanto más se correrán las líneas cuanto más rápidamente se aleje de nosotros la fuente emisora.
En 1923 Edwin Hubble y su colaborador Milton Humason comenzaron a utilizar el mayor telescopio hasta entonces construído -con 2.5 m de diámetro- en el Monte Wilson en Pasadena. Hubble pudo distinguir las Cefeidas variables en la nebulosa M31 (Andrómeda), M33 y NGC 6822. Estas estrellas cuya luminosidad varía periódicamente permiten calibrar con precisión a distancia a las galaxias más lejanas según había demostrado Henrietta Leavitt. Es interesante conectar con estos dos enlaces propuestos para entender la importancia de las Cefeidas en la determinación de la distancia a Andrómeda.
Pudieron entonces comprobar que el corrimiento hacia el rojo y por tanto la velocidad con que se alejan las galaxias es tanto mayor cuanto más lejos están de nosotros. Esto significa –como formularon 1n 1929- que el universo ¡se está expandiendo!-. El valor actualmente medido pro la sonda WMAP para la constante de Hubble 71 ± 4 km/s/Mpc.
2.3.2 Cosmología y Big Bang
Esta expansión del universo justamente coincide con la existencia de un “término cosmológico” en la ecuación de la relatividad general de Einstein. Al mismo Einstein no le gustaba mucho pero paradójicamente lo que él pensaba que era un error fue uno de sus mayores aciertos. Los trabajos simultáneos del físico y sacerdote belga Lamaître y del soviético Friedmann resolviendo estas ecuaciones permiten deducir que si el universo se encuentra expandiendose parece lógico que haya tenido que empezar de un tamaño nulo. Este momento lo acotaban entre hace entre diez y veinte mil millones de años. Lamaître fue el primero en describir una primera propuesta de “Big Bang” caliente aunque el nombre no se lo puso él.
Fue un astrónomo inglés, Fred Hoyle, durante un programa de televisión en directo que en tono de burla se refirió a dicho instante como “Big Bang”. Justamente Hoyle, famoso polemista y muy conocido por sus programas de radio y televisión, era partidario de un modelo estacionario del universo: un universo eterno. Paradójicamente fue por tanto un detractor de la teoría del Big Bang quien le puso nombre.
Las evidencias experimentales se han acumulado desde entonces a favor del Big Bang que hoy no es discutido. De hecho, la radiación de fondo que se observa en todas direcciones y que fue descubierta accidentalmente en 1963 por Penzias y Wilson (en la imagen de arriba) es un resto de la enorme radiación que hubo en un universo comprimido. La idea realmente es simple: cuando el universo era muy pequeño estaba muy caliente (1.000.000.000 K tres minutos después del Big Bang según predijo Gamow en 1948) y la longitud de onda de las radicaciones predominantes era muy corta. Al ir “estirándose” el universo la longitud de onda también se “estiró” y ahora tenemos una radiación de fondo en la longitud de onda de las microondas (temperatura de unos pocos grados Kelvin). Alpher y Herman en 1948 habían predicho 5 K. Las últimas medidas realizadas por WMAP son de 2,725 K.
Abajo se muestra la imagen construída a partir de los datos tomados por la sonda WMAP, dentro de unas variaciones de 0,0002 K, de las fluctuaciones de temperatura en el universo durante 13.700.000.000 años. Es de alguna forma la fotografía de lo que queda del Big Bang y su primera evolución. Pinchando en la imagen pueden seguir el enlace a la NASA con la misma con mayor resolución e incluso para fondo de escritorio (para eso es la radiación de fondo…).
Astronomía. Historia de la ciencia y la filosofía. Exploración espacial.
Pérez Díaz, José Luis
Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad Carlos III de Madrid
Programa ADA de las Universidades de la Comunidad de Madrid
Septiembre de 2009.
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Díaz, J. L. P. (06/02/2009). Astronomía, mecánica celeste y exploración espacial. Obtenido el 07/06/2018, desde el sitio Web de OCW – UC3M:
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