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El nacimiento de la Astrofísica

La Astronomía, o mejor dicho, el estudio de la posición y movimiento de los astros es, sin lugar a duda, la ciencia más antigua de la que tenemos noticia, a tenor del contenido de las tablillas cuneiformes encontradas en Mesopotamia circa del cuarto milenio antes de Cristo. Sin embargo la Astrofísica es una ciencia moderna, comenzó a mediados del siglo XIX, creó sus bases fundamentales a principios del siglo XX y está alcanzando una época de esplendor en los albores del XXI gracias, principalmente, al desarrollo acelerado de nuevas tecnologías.

¿Qué diferencia existe entre Astronomía y Astrofísica? La Astronomía no tenía herramientas para responder a preguntas acerca de la naturaleza de los astros: ¿de qué está hecha la Luna?, ¿cuál es la materia de los cometas?, ¿cuál es la fuente de energía de las estrellas?, etc. Sólo podía analizar sus posiciones y medir, de forma grosera, la luz que emitían, pero no existía una teoría de la interacción de la materia con la radiación (la luz) que nos permitiera, a partir del análisis de la luz que nos llega de los objetos celestes, determinar su estructura interna y sus propiedades físicas.

Dos hechos vinieron a marcar el nacimiento de la Astrofísica o Astronomía Moderna, como también se la conoce. La invención de la fotografía y su rápida aplicación a la Astronomía, y el desarrollo de la espectroscopía y las primeras leyes empíricas que conectan la luz que emite un cuerpo con sus propiedades físicas. Kirchhoff y Bunsen construyeron, en 1860, el primer espectrógrafo para el análisis de la naturaleza y propiedades de los gases y establecieron las leyes fundamentales de la espectroscopía. Resumidas son estas tres:

  1. Un cuerpo caliente emite luz con un color dado por la temperatura del cuerpo.
  2. La radiación al atravesar una nube de gas fría es absorbida en longitudes de ondas preferenciales, características y específicas de cada elemento químico que compone el gas formando un espectro de absorción (Figura superior).
  3. La nube de gas al alcanzar el equilibrio térmico emite luz sólo en esas líneas preferenciales dando lugar a un espectro de emisión (Figura superior)

Esta herramienta les permitió descubrir nuevos elementos como el rubidio o el cesio que posteriormente fueron confirmado por análisis químicos. Ya en 1814, Josep von Fraunhofer había obtenido un espectro del Sol que mostraba, sobre un continuo arco iris, la existencia de estrechas bandas oscuras (Fig 2) cuyas longitudes de ondas características fueron medidas por Fraunhofer para 507 líneas, siendo nombradas, las más visibles, según letras de la A a la D. Él ya descubrió que algunas líneas del espectro solar estaban situadas en la misma posición que las que se observaban en el espectro de las nubes de sodio, aunque no pudo ir más allá en el establecimiento de una ley general que asociara unívocamente la posición de las líneas con elementos químicos. Hubo que esperar a los resultados de Kirchhoff y Bunsen para que la asociación entre líneas espectrales y composición química quedara establecida de forma definitiva, y los astrónomos tuviéramos, por primera vez, una herramienta para analizar la naturaleza de los objetos celestes.


Pero además la espectroscopía no sólo nos iba a proporcionar pistas sobre la composición de estos objetos, sino que también nos proveía con una manera, más exacta y rápida, de determinar una componente de la velocidad con la que los astros se mueven respecto a nosotros, la denominada velocidad radial. Frederik Doppler apuntó, en 1842, que una onda sufriría un aumento de su frecuencia si el emisor se mueve acercándose al receptor, mientras que está se haría más grave (menor frecuencia), si se aleja de él. La aplicación de este postulado a las ondas electromagnéticas no tuvo lugar hasta 1848 cuando Fizeau determinó que esta fenomenología también ocurre con la luz y que , por lo tanto, se puede aplicar a la determinación de la velocidad relativa de un emisor y un receptor de luz.

Pero la técnica nos tenía aún deparada otra sorpresa, la fotografía aplicada a las Astronomía. La fotografía es una técnica de captación y fijación de imágenes que ha experimentado continuos avances desde los primeros «daguerrotipos», allá por el primer tercio del XIX, hasta las espectaculares imágenes que hoy podemos ver por «Internet». John Herschel (Fig. 3), alrededor de 1840, inventó un fijador de las sales de plata, acuñó los nombres, todavía utilizados, de «fotografía», «positivo» y «negativo» y tomó las primeras fotos del cielo del hemisferio Sur. Aunque el telescopio había sido incorporado al hacer diario del astrónomo desde la primera observación de Galileo, que ahora celebramos en su 400 cumpleaños, el ojo seguía siendo el único detector a nuestra disposición. Aunque el astrónomo observara los objetos celestes con un magnífico telescopio, sólo podía describirlos y fijarlos mediante la palabra escrita y el dibujo, con la carga de subjetividad que ello conlleva, pero no podía dar una imagen objetiva e independiente del observador para los objetos observados. La fotografía cubrió este hueco, la imagen del cielo se fijaba sobre un placa de cristal con una emulsión, cualquier otro astrónomo podía ver lo mismo que el autor de la foto, siempre que la fotografía no se hubiera alterado. Teníamos una herramienta que nos proporcionaba una información más objetiva, a la vez que permitía almacenar la imagen del cielo en un trozo del cristal, medir el brillo de las estrellas para una época dada, analizar la morfología de los objetos extensos y estudiar la variabilidad estelar y la presencia de nuevos fenómenos. Si unimos la capacidad de obtener espectros de objetos celestes con la de fijarlos sobre una placa fotográfica tenemos el comienzo de la Astrofísica. Los años siguientes fueron de espectacular desarrollo, aparecieron numerosas leyes empíricas que establecieron las constricciones observacionales de la teoría de la evolución estelar, la fuente de energía de las estrellas, el tamaño de la Vía Láctea, la existencia de otras galaxias y la escala de tamaños del Universo, la ley de expansión de Hubble y otros descubrimientos menos conocidos pero que han contribuido a que la Astrofísica sea, hoy en día, una de las grandes aventuras de la humanidad.