Lo que el ojo humano no ve: hay luz más allá del visible

Algo tienen en común los mosquitos y el Telescopio Espacial James Webb. Pueden ver lo que el ojo humano no es capaz   

Francisco José Torcal Milla, Universidad de Zaragoza

El telescopio espacial James Webb y el mosquito tienen algo en común: ambos pueden ver radiación infrarroja invisible para el ser humano.

Y no son las únicas señales que se nos escapan. Pese a vivir inmersos en un océano de señales, solo podemos ver con nuestros ojos una pequeña porción. Los rayos X, la luz visible que emite un LED y las ondas de radio son, esencialmente, lo mismo: ondas electromagnéticas.

El Sol es el origen y la causa

La imagen muestra el espectro electromagnético completo, y señala la franja visible para el ojo humano. Wikimedia Commons, CC BY

A pesar de lo colorido y maravilloso que vemos el mundo, realmente el ser humano tiene una visión algo limitada. Solo podemos ver un pequeño rango de longitudes de onda (colores) del espectro electromagnético. Nuestra visión se limita aproximadamente al rango entre los 380 nm (violeta) y los 750 nm (rojo).

Este hecho se debe principalmente a la adaptación evolutiva de los receptores (conos) situados en la retina, ya que la luz que nos llega del Sol está comprendida aproximadamente entre esos valores, con un pico central en el verde, en torno a los 550 nm.

Los conos de los ojos en el ser humano están preparados para percibir la denominada luz visible a través de tres colores: rojo, verde y azul. La retina posee también otro tipo de receptores (bastones), pero están orientados a la visión nocturna, ya que captan únicamente la cantidad de luz y no el color.

Ver el calor

Algunos animales han desarrollado sus sistemas de visión para poder captar longitudes de onda fuera del espectro visible, invisibles para los humanos.

Los mosquitos tienen distintas preferencias de luz según sean picadores nocturnos o diurnos. Pero, generalmente, pueden ver el calor corporal (infrarrojo), además de sentirse atraídos por el olor del CO₂ que emite nuestro cuerpo , lo que hace que encuentren a sus víctimas en la oscuridad.

Comparación entre las imágenes infrarrojas obtenidas con los telescopios Spitzer (izquierda) y Webb (derecha, mucho más nítidas). NASA / JPL-Caltech / ESA / CSA / STScI, CC BY

El telescopio espacial James Webb está diseñado principalmente para realizar astronomía infrarroja. Ve el calor del cosmos. De ahí que resulte tan importante su situación en un lugar gélido como el espacio exterior, que le permita captar temperaturas mínimas en los confines de lo conocido. El telescopio espacial James Webb ha dado un salto de gigante en la visión infrarroja del universo.

Volviendo al mundo animal, todo esto no quiere decir que los mosquitos, entre otros animales, vean más colores que el ser humano, sino que ven los colores de otra forma. Como ejemplo, las aves poseen un tipo de bastón que les permite ver en el ultravioleta, aunque su función todavía no está clara. También pueden ver en el ultravioleta las abejas, aunque no puedan ver el rojo. De hecho, el néctar de algunas flores es invisible al ojo humano, pero no lo es para las abejas.

El néctar de estas flores es invisible al ojo humano. Sin embargo, aparece como una señal en luz- K. Lunau et al., Nature, CC BY

Ser o no ser luz, he ahí la cuestión

Aunque al rango del ultravioleta, con longitudes de onda inmediatamente inferiores al violeta, y el del infrarrojo cercano, con longitudes de onda inmediatamente superiores al rojo, se les suele llamar comúnmente luz, a lo que históricamente se ha llamado luz ha sido al rango visible por parte del ser humano, por motivos obvios, ya que no se conocían otros rangos.

La primera radiación no visible descubierta fue la radiación infrarroja (Wilhelm Herschel, 1800), al observar, usando un termómetro, que algo más allá del rojo en el espectro electromagnético era capaz de producir calentamiento.

Un año más tarde, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubrió la radiación ultravioleta al observar cómo una radiación invisible más allá del violeta oscurecía una disolución de cloruro de plata más rápidamente que la radiación violeta. Ambos utilizaron un prisma al estilo de Newton para descomponer la luz del Sol en su espectro de emisión.

Los descubrimientos de otros tipos de ondas electromagnéticas se fueron sucediendo durante el siglo XIX y principios del siglo XX: ondas de radio y microondas (Heinrich Rudolf Hertz, 1887), rayos X (Wilhelm Conrad Röntgen, 1895) y rayos gamma (Paul Ulrich Villard, 1900).

Tan iguales y tan distintas

Las ondas de radio, la luz visible y los rayos X, por ejemplo, se propagan a la velocidad de la luz en el vacío (300 000 km/s) y, por lo tanto, son ondas electromagnéticas. Lo que hace que sus aplicaciones e interacciones con la materia sean tan distintas es la energía que transportan, que está directamente relacionada con la frecuencia a la que los campos eléctrico y magnético que las forman oscilan al propagarse. A mayor frecuencia, la onda tiene mayor energía (ley de Planck). De este modo, los rayos gamma son los más energéticos y las ondas de radio las menos energéticas del espectro electromagnético.

La luz, entendida de una forma totalmente general, puede comportarse como una onda o como una partícula (fotón) dependiendo de las propiedades que se midan o del experimento que se realice. Independientemente de ello, los fotones pueden generarse por distintos procesos: al producirse una transición electrónica en un átomo o molécula, al producirse una aniquilación partícula-antipartícula o al desacelerar una partícula con carga eléctrica.

La frecuencia y, por lo tanto, la energía de cada fotón depende del proceso que lo ha generado.

Radiografía de Rayos X tomada por Wilhelm Röntgen en 1896. Fuente: Wikipedia. Wilhelm Röntgen / Old Moonraker / Wikimedia Commons

Los rayos X pueden producirse mediante desaceleración de electrones al chocar con un blanco o a través de transiciones electrónicas entre orbitales internos de un átomo o molécula. Por otro lado, la luz visible se produce normalmente mediante transiciones electrónicas entre orbitales externos de un átomo o molécula.

Tanto los rayos X como los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas ionizantes (capaces de arrancar electrones del átomo), lo que puede producir alteraciones en los órganos y tejidos, dependiendo de la cantidad absorbida. Por el contrario, las ondas de radio, microondas y la luz infrarroja, visible y ultravioleta son no ionizantes, con lo que su peligrosidad es mucho menor.

La evolución de las especies es un hecho probado. Por el momento, seguiremos disfrutando del mundo tal y como lo vemos, pero quién sabe si en un futuro lejano el ser humano será capaz de verlo con total plenitud, del ultravioleta al infrarrojo, con el ojo desnudo. Eso sería fascinante.

Francisco José Torcal Milla, Profesor Titular. Departamento de Física Aplicada., Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.