sábado, 27 de agosto de 2011

Colores y temperatura

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Cualquiera que haya mirado con atención las estrellas habrá notado que hay estrellas de distintos colores. Algunas son rojas, otras anaranjadas, otras azules, otras blancas. Esos colores, que a simple vista dejan alguna duda, se destacan bien al observar a través de un telescopio si uno desenfoca un poco la imagen. En esta foto aparentemente fallida que mostré hace algún tiempo se ve este efecto del desenfoque. ¿Reconocen la Cruz del Sur y el Puntero? Se ve claramente que la estrella de la "cabeza" de la Cruz es roja, y que la brillante del puntero es blanca, mientras que las demás son azules. Esos colores son reales; las estrellas realmente son de colores.

Fenómeno: hay estrellas rojas y estrellas azules. En la escuela nos enseñaron que el rojo es un color cálido y el azul es un color frío. Una estrella roja, ¿es más caliente que una azul?

Todas mis profesoras de plástica, desde la Señorita Murphy hasta la Gómez Cornet, me inculcaron esta cuestión de los colores cálidos y fríos. Inclusive pintábamos un círculo cromático, donde estaban prolijamente acomodados los colores primarios, los secundarios, y a veces algunos intermedios. El resultado era algo así (ojo, hace más de 25 años que no pintaba un círculo cromático, y por supuesto nunca lo había hecho con Powerpoint). Uno aprendía que los colores cálidos se destacan y avanzan, mientras que los fríos retroceden. Parecía algo bastante natural: el Sol es amarillo y es caliente, el fuego quema y es rojo, el pasto es verde y fresco, los lagos y el hielo son azules y fríos...

La teoría científica del color arranca con Newton (si no recuerdo mal fue el primero en pintar un círculo cromático), con sus experimentos de descomposición de la luz del Sol, el arco iris, etc. Por supuesto, el conocimiento acerca de la calidez de los colores y su valor en la pintura seguramente es muy, muy anterior. Hoy en día la teoría del color tiene más vericuetos que los que nos enseñaron las maestras, con vertientes tanto físicas como fisiológicas y psicológicas en las que no me pienso meter. (La que sabe de esto es mi amiga Inés, habría que invitarla a escribir un guest post del tema.) Por ejemplo, cualquiera que haya usado un programa de procesamiento de imágenes para retocar fotos o componer obras de arte habrá oído hablar de las distintas gamas o espacios de color. Se las suele representar como se ve en esta imagen tomada de Wikipedia. Son una especie de versión científica y cuantitativa del círculo cromático.

En todo caso, el color de la luz de una estrella efectivamente depende en gran medida de la temperatura de su superficie, tal como el de una brasa en el fueguito del asado. Y existe un enorme rango de temperaturas estelares, desde algunas apenas tibias hasta otras a decenas de miles de grados. Las estrellas —y cualquier otro objeto, para el caso— emiten luz en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético. Si uno mide la intensidad de luz que emite un cuerpo caliente en cada longitud de onda se obtiene una curva que se llama espectro de cuerpo negro (aunque no sea negro, lo de negro es por otras razones). Son como en la figura de aquí al lado, donde puse 5 espectros correspondientes a distintas temperaturas, superpuestos a un arcoiris que representa la región de la luz visible (400-700nm). Toda la región a la derecha del rojo (y un poco más allá) es infrarrojo.

Esas cinco curvas tienen una misma expresión matemática, cuya formulación y explicación requirió algunas de las mentes más brillantes de fines del siglo XIX: Stefan, Boltzman, Wien y, finalmente, Max Planck. La formulación de esta Ley de Planck, al terminar el siglo XIX (en la última reunión del siglo de la Asociación Física Alemana en diciembre de 1900), es uno de los momentos de gloria de la física, y marca el comienzo de la física moderna, la física cuántica. La Ley de Planck es la que está graficada ahí arriba: una curva con un pico. Tiene un solo máximo, indicando que casi toda la energía se emite en una región más o menos estrecha del espectro electromagnético. Las curvas que están dibujadas corresponden a temperaturas típicas estelares (3500K a 5500K [1]). Se ven de inmediato dos cosas. Primero, que cuando la temperatura es más alta, el pico es más alto. Esto dice que las estrellas más calientes emiten más energía electromagnética. Y, además, el pico se corre hacia la izquierda (hacia longitudes de onda cortas) al aumentar la temperatura.

Por ejemplo, una estrella cuya superficie está a 3500K tiene el máximo en el infrarrojo cercano (es la curva más bajita). Es decir, de los colores visibles, el más intenso es el rojo. Las estrellas "frías" se ven rojas. Es el caso de Betelgeuse, Antares, Aldebarán, o Gácrux (la estella roja en la "cabeza" de la Cruz). Las estrellas más frías de todas son enanas marrones con temperaturas de alrededor de 2500K. Nosotros mismos somos "cuerpos negros" a 310K. Nuestro máximo, en la curva de Planck, está en la zona infrarroja (por eso se pueden usar cámaras infrarrojas para "visión nocturna").

Una estrella más caliente, como el Sol o Alfa Centauri (la estrella blanca brillante en el Puntero de la Cruz), tiene el máximo en la región visible, de manera que mezcla de manera más o menos pareja los colores, y vemos a estas estrellas más o menos blancas, amarillentas o anaranjadas (según sean más o menos calientes). Las estrellas más calientes aún tienen el máximo todavía más a la izquierda, inclusive en el ultravioleta. Así que el máximo de intensidad visible está en la región violeta y azul del espectro, y las vemos azules (como las otras estrellas de la Cruz, o las Tres Marías, por ejemplo).

Así que, si hablamos de estrellas, azul es un color cálido y rojo es un color frío... exactamente al revés que en la pintura. Qué se le va a hacer.


[1] El símbolo K representa a la unidad de temperatura absoluta que usamos los físicos. Se llama Kelvin (no grado Kelvin sino simplemente Kelvin). El "tamaño" de un Kelvin es el mismo que el de un grado Celsius, pero la escala comienza en el cero absoluto, a -273,15°C. Así que son bastante fáciles de interpretar: para convertir de Kelvin a Celsius hay que restar 273 (coma quince, para los detallistas), y para convertir de Celsius a Kelvin hay que sumar.

Chiste nerd. Hace poco @NASA_Hubble twitteó: "¿Escucharon sobre el tipo que se congeló al cero absoluto? Está 0K." 

Postcriptum. Otra cosa con la que nos hemos acostumbrado a convivir, tanto en los programas de procesamiento de imágenes como en los monitores de computadora, y más especialmente con la difusión de las cámaras fotográficas digitales, es la temperatura del color. ¡Ajá! ¡Podemos poner en práctica algo que aprendimos en cuarto grado! Bueno: no. En cuanto uno empieza a jugar con la temperatura de color de una cámara o una imagen, en seguida descubre que al subir la temperatura la foto se hace más azul, y al bajarla se hace más roja. Como en la curva de Planck. Pero nuestro subconsciente repite: el rojo es cálido y el azul es frío...


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