sábado, 29 de octubre de 2011

Espectroscopio

El instrumento favorito del astrónomo es el telescopio. Y el segundo favorito es el espectroscopio. ¿Qué es un espectroscopio? ¡Un aparato para visualizar espectros! A no asustarse: un espectro no es un fantasma. Es un arco iris. Como sabe cualquiera que haya jugado con un prisma, la luz blanca está formada por una mezcla de colores. Algunos fenómenos naturales, como el arco iris, separan los colores. Cada color corresponde a una longitud de onda, ya que la luz es una onda, una onda electromagnética. Esto se vuelve cada vez más complicado, pero el que no se asustó con los espectros puede seguir adelante, ya que lo que sigue es muy entretenido.

Gracias al espectroscopio los astrónomos saben de qué están hechas las estrellas, a qué temperatura se encuentran, a qué velocidad se mueven, si tienen campos magnéticos, si tienen planetas a su alrededor... Los espectroscopios a bordo de los robots espaciales han develado la composición del suelo y del aire de los mundos de nuestro sistema solar, y algún día nos permitirán saber si algún planeta lejano en órbita alrededor de otra estrella alberga vida alienígena. ¿Cómo es posible saber todo esto de lejos, sin analizar muestras en el laboratorio? Distintos fenómenos físicos producen ondas de distintas longitudes de onda y de distintas intensidades. Y ahí es donde entra el espectroscopio: si queremos analizar y comprender esos fenómenos, necesitamos separar los colores para analizarlos por separado. Y es increíblemente fácil hacer un espectroscopio casero para ver cómo funciona e imaginar su enorme potencial como instrumento científico.

El espectroscopio fue inventado hace casi 200 años por un óptico genial, autodidacta, llamado Joseph Fraunhofer. En general la separación de colores se logra no con un prisma sino con una red de difracción (también inventada por Fraunhofer). Una red de difracción es un plástico o vidrio con muchísimas rayitas grabadas, miles de líneas por milímetro. Al pasar por las rayitas se produce la difracción de la luz, un fenómeno por el cual una parte de la luz pasa derecho, y  una parte se desvía para un lado. El ángulo que se desvía la luz depende del color: el azul se desvía poquito, el verde un poco más, el rojo más todavía. Así que al pasar luz blanca se descompone en los colores que la forman. ¿De dónde sacamos una red de difracción para hacer un espectroscopio casero?

De un CD. En un CD la información está grabada en un surco espiralado muy apretado, en el que cada vuelta pasa a apenas un micrón de la siguiente. Por eso el lado brillante de un CD se ve con los colores del arco iris: funciona como una red de difracción. Podemos usarlo así, directamente, como una red de reflexión. O podemos "depilarle" la etiqueta de aluminio con ayuda de una cinta adhesiva, y usar el plástico (que conserva las rayitas marcadas) como una red de transmisión. Es muy sencillo.

En el Instituto Balseiro hemos hecho un video mostrando cómo hacerlo y cómo usarlo, y más vale verlo que contarlo. Además comentamos los distintos tipos de espectros, y cuál es la clave para la utilidad del espectroscopio. Tal vez otro día cuente más detalles. Aquí está el video.



También preparé una colección de fotos mostrando la construcción. La última foto de esa colección es interesante, ya que muestra la comparación de dos espectros de una lámpara de bajo consumo, uno obtenido con un espectroscopio de laboratorio de miles de dólares, y el otro con el espectroscopio casero. La comparación es asombrosamente buena. Observen que el espectro en general se representa no como un arco iris de colores sino como una curva con picos. Esa curva se obtiene escaneando el arco iris a lo largo, y midiendo la intensidad de luz de cada color. Los espectroscopios de laboratorio modernos producen directamente esa salida. Con el espectroscopio casero podemos obtenerla procesando una foto obtenida con una cámara común con el programa gratis Visual Spec, especialmente preparado para su uso en la comunidad de astrónomos aficionados.

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13 comentarios:

  1. Excelente nota Guillermo, y muy didáctico el video también.
    Saludos

    Rubén (@surastronomico.com)

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  2. Gracias por enseñar algo tan sencillo como interesante.
    La huella digital de las estrellas.
    Felicitaciones !!!!

    Roberto Feliba

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  3. Muy buena nota Guillermo!! Gracias por el link del Visual Spec, no tenía idea de que hubiera tantos recursos gratuitos.

    Saludos!

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  4. Genial. ¿Cómo se haría si se quita la capa metálica? Me imagino que en vez de reflejarse, la luz simplemente pasa y se difracta. ¿No sería entonces más simple el espectroscopio? ¿Un tubo con una ranura en una punta, una abertira (por donde se mira) en la otra y el CD "desnudo" en el medio?

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  5. @R. Daneel Olivaw: Indeed. De hecho, el espectroscopio que se ve en la última foto es del tipo que proponés, y la imagen muestra cómo se ve la ranura al frente y el espectro de emisión hacia un lado. El tubo "ideal" es el del film de cocina.

    La técnica de "depilar" el CD consiste en pegarle una cinta Scotch y tirar fuerte. La etiqueta metálica se despega y las líneas quedan marcadas en el plástico. Conviene hacer un corte primero, ayuda a despegar. Y con cinta ancha hay que repetir menos veces. Con un DVD esta técnica no funciona, porque el aluminio está ensandwichado entre dos plásticos. Hay que cortar.

    Hacer estos especroscopios es tan fácil que casi cada fin de semana hago un diseño nuevo. Tengo inclusive uno que superpone el espectro a una escala graduada para medir la longitud de onda.

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    Respuestas
    1. GENIAL.
      Al hacerlo me ha recordado al "lo atamos con alambre..."
      Saludos desde España.

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    2. Je je, gracias. Sí, es muy fácil y casero...

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  6. ¡¡Grande Guillermo!! Ya sabés que ganaste el premio al científico con onda del año. ¡Excelente el blog y el post! Saludos
    Diego

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  7. JA JA,, adhiero a todos los comentarios aquí vertidos, como siempre digo y no me canso: ¡que excelente blogs y post´s realizado..!!, tanto para mí, como para mis alumnos que lo consultan siempre un gran abrazo y mi reconocimiento inagotable a tu tarea y en especial a la PERSONA un gran abrazo Luciano Señorans.

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  8. Genial. Voy a agendar esto para hacerlo un fin de semana :D

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  9. Extraordinaria nota didáctica y práctica. Bueno, yo ya lo conocía el instrumento: un tal Guillermo Abramson lo mostró en acción en la última Feria del Libro y yo estaba ahí para verlo. Después miré maravillado con mis propios ojos a través del aparatito. Cosa extraña, esta nota me recordó viejos tiempos del secundario, cuando yo cursaba electrónica en el industrial y compraba Mecánica Popular y trataba de armar cuanta cosa que aparecía en esa revista y si no podía igual lo leía. Pura nostalgia me has despertadoo con esta nota. :)

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  10. Estimado Dr. Abramson:
    Soy uno de los becados del nivel medio de este año del IB y en su charla nos había mostrado estos "juguetes científicos" y vaya si disfrutamos con ellos. También nos había comentado rápidamente como hacerlos.

    Desde hace algunos días, me ha tocado dar unas charlas sobre la experiencia de la beca, tanto en mi colegio como en el colegio primario al que iba. Cuando se me planteó la posibilidad de darles una charla a niños de 5° y 6° grado (10-11 años), inmediatamente pensé en sus espectroscopios, vine a su página (que ahora sigo constantemente y me encanta) y construí 4 del modelo con CD "depilado". ¡No sabe como disfrutaron esos niños con los espectroscopios!

    Le agradezco inmensamente el enseñarnos a hacer este tipo de aparatos experimentales tan sencillos, útiles, divertidos y maravillosos. También debo agradecerle la EXCELENTE charla que nos dio en ocasión de la pasantía y el haber compartido conmigo el asado de despedida (yo era el que estaba sentado a su izquierda, el que le explicó sobre el maní), junto a las interesantísimas conversaciones en esa ocasión. De nuevo, muchísimas gracias y siga así para el regocijo de todos.

    Atte. Alejo Nahuel Rossia

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  11. @Alejo: Gracias, Alejo. Claro que te recuerdo. Me alegra que hayas disfrutado y aprovechado tu experiencia en Bariloche. Y te felicito por compartir lo que aprendés con los niños. Abrazos.

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