Feliz cumpleaños, infrarrojos

Imagen del bosque, tomada con cámara térmica. Wolfgang Hasselmann / Unsplash. , CC BI-NC-SA

La luz y el calor son fenómenos relacionados, aunque sus efectos sobre nosotros pueden ser muy diferentes. Ambas son energía en tránsito, pero el principal efecto de la luz es provocar una reacción en nuestra retina que conduce a una sensación visual, ya que el calor fluye de un sistema a otro y muchas veces lo asociamos con una diferencia de temperatura. La primera es la radiación electromagnética, como las microondas que utilizamos para calentar alimentos. Lo segundo también puede serlo, aunque no siempre. La conexión entre ambos conceptos, como en muchas ocasiones, llegó… de las estrellas.

Del cielo a la mesa

William Herschel (1738-1822), astrónomo y músico germano-británico, descubridor del planeta Urano y de muchos otros objetos celestes. Lemuel Francis Abbott.

Enumerar las aportaciones a la astronomía del gran astrónomo angloalemán William Herschel no es tarea fácil. Acompañado de su hermana Caroline, Herschel escaneó el cielo durante décadas con telescopios de fabricación propia y descubrió miles de objetos celestes, entre los que destaca el planeta Urano.

Pero hoy no hablaremos de su pericia en la observación espacial, sino del día en que midió donde no debía.

El siglo XVIII estaba llegando a su fin cuando Herschel empezó a preguntarse sobre el calor que transporta la luz del sol. Para ello ideó un experimento en el que utilizó un prisma para descomponerlo, con la intención de utilizar termómetros de mercurio para medir la temperatura asociada a cada color.

Dicho y hecho, el 11 de febrero de 1800, hace 226 años, estaba tomando medidas cuando, para algunos por accidente y para otros de forma bastante intencionada, dejó el termómetro detrás del extremo rojo del arco iris que se formaba sobre su escritorio. Lo ocurrido revolucionó la física y la tecnología desde todas las perspectivas imaginables. Y no fue para menos, porque en esa zona sin luz y sin color, Herschel notó que la temperatura del termómetro subía de forma inexplicable.

¿Cómo podría elevarse el mercurio sin luz que lo caliente? Ese aumento es lo que la ciencia llama “cambio”. Y sabemos que la energía es la posibilidad de crear cambios. Herschel también lo sabía: la radiación solar invisible debe llegar capaz de transferir energía en forma de calor. Por eso lo bautizó con un nombre poco original: rayos de calor.

Luz invisible para ver lo que no vemos

Con el paso de los años y dado que esta misteriosa radiación se ubicaba por debajo del color rojo en el espectro solar, pasó a ser conocida como “infrarroja”. Todavía no es muy original, pero le perdonamos las maravillas que nos enseña gracias a sus especiales propiedades físicas.

Por ejemplo, todos los cuerpos emiten radiación debido a su temperatura y, en el rango del mundo en el que nos movemos, la mayor parte es infrarroja. Es invisible porque no provoca una reacción en nuestra retina que inicie el proceso visual.

Sin embargo, sabemos cómo fabricar dispositivos que la detecten y la “traduzcan” a luz visible, proporcionando esos hermosos termógrafos que exhibimos en las ferias científicas y cuyas aplicaciones van desde la medicina hasta la astronomía.

La diferencia entre la luz visible y la infrarroja en la galaxia del Sombrero o Messier 104. NASA., CC BI Su papel en la atmósfera y otras aplicaciones

Otra peculiaridad de la radiación infrarroja es que el CO₂ y el vapor de agua la absorben. Cuando esto sucede en la atmósfera, parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra es capturada por estos gases y reirradiada hacia abajo. Se trata del “efecto invernadero”, que, si bien modera naturalmente la temperatura de nuestro planeta, también puede aumentarla en exceso si no controlamos la concentración de estas moléculas.

Al mismo tiempo, el hecho de que la Tierra lo irradie durante la noche permite soportar la diferencia de temperatura durante el día.

Además, en astronomía, las imágenes infrarrojas del universo nos informan de procesos atómicos que ocurren a millones de años luz de distancia. Y también es muy utilizado en las comunicaciones.

Los materiales con mayor emisividad parecen ser más cálidos. En esta imagen térmica, el cilindro cerámico parece estar más frío que su recipiente cúbico (hecho de carburo de silicio), cuando en realidad tienen la misma temperatura. Banckuo / Wikimedia Commons., CC BI

Por otro lado, el hecho de que los circuitos eléctricos emitan infrarrojos cuando se calientan obliga a que los dispositivos basados ​​en esta tecnología incorporen sofisticados sistemas de refrigeración, de lo contrario su propio infrarrojo interferiría con el que quieren detectar o utilizar. Por cierto, los sistemas de refrigeración con nitrógeno líquido han dado muchos momentos de gloria al cine, pero esa es otra historia.

Hoy recordamos el día en que aprendimos que existe una maravillosa radiación que sigue a la luz en su camino desde el Sol. Radiación que nos calienta y que, a su vez, emite nuestro cuerpo. Nos muestra lo que nuestros ojos no pueden ver, lo usamos para detectar enfermedades o para comunicarnos, entre otras cosas, y se descubrió… dejando un termómetro sobre la mesa.

Antonio Manuel Peña García no recibe remuneración, no consulta, posee acciones ni recibe financiamiento de ninguna empresa u organización que pueda beneficiarse de este artículo, y declara que no tiene afiliaciones relevantes distintas al cargo académico mencionado anteriormente.