Ventana atmosférica: Un filtro necesario para la vida

El Universo emana radiaciones en todas las direcciones longitudinales y ondas del espectro electromagnético. Esta radiación es circunstante en todos los ámbitos de la vida ya permite el funcionamiento de la mayor parte de los ecosistemas del planeta y nos entibia transmitiéndonos energía. Sin embargo existe una propiedad en la atmosfera que permite el paso de ciertas radiaciones a la superficie terrestre y es denominada Ventana Atmosférica.

¿Qué es la Ventana Atmosférica?

Es la facultad especial de la atmósfera terrestre de transparentarse ante determinadas radiaciones que llegan desde el espacio exterior y a su vez impide el paso de otras radiaciones hasta la superficie que harían imposible la existencia de vida en la tierra. Generalmente, las radiaciones permitidas para entrar en la superficie terrestre provenientes del Cosmos son ondas de radio y luz visible (más una pequeña fracción de radiación infrarroja y ultravioleta) que corresponden a las llamadas ventanas óptica y de radio.

Ventana atmósfera

Ventana Óptica y de Radio

La atmósfera terrestre tiene una capacidad de absorción de la radiación electromagnética procedente del Universo en gran parte de sus longitudes de onda. Existen bandas para las que la atmósfera es casi transparente, y dos de éstas son lo suficientemente anchas como para ser de interés astronómico y ser blanco de continuos estudios.

La más conocida es la “Ventana Óptica”, que permite el paso las ondas electromagnéticas que se conoce habitualmente como el espectro del visible: longitudes de onda aproximadamente desde 300 a 1.000 nanómetros, (0,3 a 1 picómetros). La segunda se conoce como “Ventana Radio” la cual extiende en longitudes de onda desde 1 milímetro a 15 metros, (300 Ghz – 20 Mhz).

En la zona entre la ventana óptica y la ventana de radio, la absorción atmosférica se debe fundamentalmente al agua y al dióxido de carbono, (aquí también se evidencian algunas bandas parcialmente transparentes). Con respecto a las longitudes de onda más largas, (entre 1 mm y 1 cm), se encargan de la absorción, principalmente, el oxígeno y el vapor del agua.

Ventanas Atmosféricas al Espectro Electromagnético

Se denomina Espectro Electromagnético a la adjudicación energética del conjunto de las ondas electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de conceder la posibilidad de observar el espectro, permiten realizar mediciones sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El Espectro Electromagnético se expande desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Es posible que el límite para la longitud de onda más pequeña  sea la longitud de Planck y que el límite máximo sería el tamaño del Universo, aunque la ciencia formalmente afirma el espectro electromagnético es infinito y continuo.

Espectro electromagnético

Rango del espectro

El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que poseen longitudes de ondas distintas. Las frecuencias de 30 Hz y de menos frecuencia suelen producirse por ciertas nebulosas estelares y son relevantes para su estudio. Se han encontrado frecuencias muy altas como 2.9 * 1027 Hz. Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia poseen una longitud de onda corta y energía alta en cambio las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.

No obstante, siempre que las ondas electromagnéticas se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda disminuye. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin tomar en cuenta el medio por el que viajen, generalmente son citadas en términos de longitud de onda en el vacío. La radiación electromagnética, suele clasificarse  dependiendo de la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que observamos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

Ondas de Radio

Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro. Su uso es aplicable a la transmisión de datos, por medio de la modulación. Desde las redes inalámbricas, la telefonía móvil, la televisión y las resonancias magnéticas, son solo algunos de los usos más populares de las llamadas “Ondas de Radio”.

Ondas de Radio

Microondas

Son ondas de alta frecuencia y por consiguiente de longitud de onda muy corta, de ahí su nombre. Su propiedad característica es excitar las moléculas de agua y están situados entre los rayos infrarrojos y las ondas de radio convencionales. Posee una longitud de onda aproximada de 1 mm hasta 30 cm. Su uso se evidencia en los hornos de microondas para calentar alimentos que contengan líquidos.

Vía Láctea en microondas

Ondas Infrarrojas

El infrarrojo son ondas del espectro electromagnético que se encuentra entre la luz roja visible y las ondas de inicio de la región de ondas de radio. En el espacio del Espectro Electromagnético se comprende que esta radiación es lo que notamos como calor.

Imagen infrarroja de Andrómeda

Región visible

Es la radiación electromagnética con una longitud de onda de aproximadamente 400 nm y los 700 nm. En este rango el Sol y las estrellas semejantes a él generan la mayor parte de su radiación y su frecuencia está por encima del infrarrojo. La luz que observamos es realmente una porción diminuta del espectro electromagnético. Los arcoíris son una muestra de la parte visible del espectro electromagnético.

Andrómeda en luz visible y en infrarrojo

Rayos Ultravioletas

También conocida con rayos UV, es la radicación con una longitud de onda más corta que el extremo violeta del espectro visible. Debido a su energía la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que sería el garante de un cambio en su comportamiento, por tal razón se le atribuyen a los rayos UV las quemaduras solares e incluso el cáncer de piel.

M101: Una vista en ultravioleta

Rayo X

Los Rayos X viene después del ultravioleta. Los rayos X duros poseen longitudes de onda más cortas que los rayos X suaves. Su utilidad es aplicable para ver a través de algunos objetos. La emisión de Rayos X proveniente de las estrellas de neutrones y los discos de acreción son los que permiten el estudio de estas ondas del electromagnético. Los rayos X son útiles en la medicina e industria. Las estrellas y especialmente algunos tipos de nebulosas con los principales emisores de rayos x.

Rayos X

Rayos Gamma

Los Rayos Gamma se ubican después de los Rayos X y son los fotones más energéticos, y se desconoce el límite más bajo de su longitud de onda. Proporcionan  utilidad a los astrónomos en el estudio de objetos o regiones de alta energía, y son útiles para los físicos debido a su capacidad penetrante y su producción de radioisótopos. La dimensión de onda de los rayos gamma se mide con gran exactitud por medio de dispersión Compton.

Rayos Gamma

Espectros de Emisión y Absorción

El Espectro de Emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emanadas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para precisar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido.

El espectro de absorción muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está relacionado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. De hecho, se emplea el espectro de absorción para identificar los elementos componentes de algunas muestras, como líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la estructura de compuestos orgánicos.

Es importante precisar  que, en lo que se conoce como Ventanas Atmosféricas, sólo hay muy poca, o no hay absorción o emisión de radiación electromagnética por los componentes del aire entre el objeto a medir y los instrumentos de medición.

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