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Sobre lo invisible, lo extraño y lo desconocido

Hablamos de cosas invisibles que, sin embargo, nos dan mucha información sobre nuestro entorno, incluso a una escala cósmica

Aurora boreal
Una aurora boreal brilla en el cielo.Robert Pickett (Corbis via Getty Images)
Pablo G. Pérez González

Nuestra mente tiene una especial admiración por lo invisible. Sabemos que hay cosas que se escapan a nuestros ojos y que permanecen ocultas, lo que nos lleva también a otros sentimientos, como curiosidad, fantasía, e incluso (in)credulidad o terror. Si no lo veo con mis ojos, si no lo toco con mis dedos como Santo Tomás, no puede existir, no me lo creo. Lo de creer en ciencia no tiene mucha cabida, la duda sobre la certeza de algo también tiene que estar sustentada por pruebas. Pero, en todo caso, hay muchas cosas que nos rodean que son invisibles.

Que algo sea invisible significa que no puede percibirse con la vista. Pero invisible es diferente a indetectable, también a transparente y, por supuesto, tampoco significa inexistente. Lo que quizás sí forme parte de su significado es la extrañeza que provoca lo invisible. Hemos mencionado muchos conceptos juntos, y que son muy parecidos y, por tanto, están muy relacionados, así que vamos a empezar por uno: hay muchas cosas que no podemos ver a veces, que son transparentes, pero, sin embargo, son detectables bajo ciertas circunstancias. Esto significa que se puede probar su existencia.

El aire, por ejemplo, es algo invisible, sencillo y cotidiano. El aire es un medio compuesto por moléculas de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, agua, y más cosas en pequeñas cantidades. La mezcla tiene una densidad relativamente baja. Piensen que casi todas esas moléculas que he nombrado son más pesadas que la molécula del agua, y mientras que un litro de agua tiene una masa de un kilogramo, un litro de aire es solo un gramo. Si nos fijamos en el número de partículas en un determinado volumen, la comparación es parecida: el agua tiene unas mil veces más partículas por unidad de volumen que el aire. Con esa densidad tan baja y por el tipo de partículas que lo componen, el aire de nuestra atmósfera diríamos que es invisible. Pero eso solo es cierto en ciertas circunstancias y en determinado sentido. Pongamos dos ejemplos que nos dicen que el aire no es tan invisible, ni tampoco transparente como suponemos.

El aire de nuestra atmósfera es bastante transparente a la luz roja, pero no tanto a la azul, para la que es como un conglomerado de pequeños espejos que la reflejan (se dice, más bien, que la difunde), lo que explica que en realidad la gran cantidad de aire que compone el cielo la podemos “ver” con un color azulado. El aire de nuestra atmósfera es, por otro lado, opaco para la luz ultravioleta y también para cierta luz infrarroja, longitudes de onda electromagnéticas (de la luz, para entendernos) que nos son “extrañas” a los humanos, ya que solo con tecnología hemos sido capaces de acceder a su detección en los últimos 200 años. Así que el concepto de invisibilidad del aire no es tan sencillo: según con qué “ojos” (si tuviéramos ojos sensibles a muchos tipos de fotones) lo mires es translúcido, otras veces es opaco.

Pero esa no es toda la historia con el aire. Bajo ciertas circunstancias el aire es visible incluso para el ojo humano. Podría hablar de formas indirectas de “ver” el aire, como puede ser el efecto de la turbulencia cerca de superficies calientes, por ejemplo el asfalto en verano, circunstancia en la que se ven imágenes distorsionadas dejando notar la presencia del aire. Pero quiero centrarme en una forma más directa de ver el aire. Cuando partículas de lo que se llama el viento solar interaccionan con el campo magnético terrestre, son dirigidas hacia los polos. Nos referimos a los polos magnéticos, que están cerca de los polos definidos por el eje de rotación de la Tierra, que a su vez se identifican como polos geográficos (aunque ninguna de las tres cosas es exactamente igual). Esas partículas de viento solar chocan con moléculas del aire en las zonas más altas de la atmósfera, lo cual puede provocar desde que los átomos de nitrógeno pierdan un electrón, se dice que se ionizan, hasta que algún electrón de los átomos de oxígeno sufra un aumento de energía, se dice que se excita. Pero igual que la cabra tira al monte, y yo al sofá, el electrón tira a estar lo más descansado posible, en el nivel de energía más bajo. Eso implica que los átomos de nitrógeno tienden a captar el electrón que les ha robado un choque con el viento solar, y los electrones del oxígeno tienden a irse a su estado inicial, se desexcitan. El resultado es una pérdida de energía que no se puede perder, se emite en forma de luz, y es cuando podemos ver el aire (¡a eso íbamos!) directamente a través de las auroras boreales. Auroras verdes o anaranjadas y rojas significa que estamos viendo el oxígeno; auroras azules, también rojas, significa que estamos viendo el nitrógeno. El aire deja de ser invisible.

Cumplido mi primer objetivo para esta sección de Vacío cósmico, que es enseñar física, nos vamos al segundo: describir lo asombroso que es el universo. Hemos visto auroras en planetas como Saturno o Júpiter, que son en sí grandes planetas gaseosos donde vemos su “aire” de distintas maneras. Auroras se ven también en Venus o el mismísimo Marte, este último con un “aire” supertenue (poco denso) y con una composición muy diferente a nuestro aire (casi todo es dióxido de carbono, un 95%, frente al menos de un 0.1% terrestre).

Pero lo invisible nos muestra lo desconocido mucho más allá, y nos revela un universo extraño. Una emisión por parte de nubes de gases, que nos deberían resultar invisibles por su densidad, típicamente mil billones de veces más baja que nuestro aire terrestre, nos permite ver y confirmar la existencia de galaxias lejanas, existentes ya cuando el universo tenía un 2% de su edad actual, un récord de distancia batido recientemente por el telescopio James Webb. Esas galaxias ya cuentan con grandes cantidades de oxígeno excitado, incluso ionizado, que emite luz en lo que llamamos líneas aurorales como las que describíamos antes, y prohibidas, algo más extrañas, también de carbono o silicio. Si hay oxígeno, y contando con que en el universo el 91% de los átomos son hidrógeno (como pesa poco en comparación con otros, el hidrógeno da cuenta de un 71% de la masa de todos los átomos del universo), puede haber agua, de hecho la hemos detectado en nubes de gas presentes en galaxias existentes cuando el universo tenía un 5% de su edad actual. Y compuestos de carbono.

Lo invisible, que no lo es tanto si lo sabes y lo puedes mirar, es extremadamente curioso, nos revelan un universo fantástico, increíble desde sus orígenes, y no diré aterrador, pero sí que da vértigo al entender lo grande que es y lo limitada que es nuestra visión de su naturaleza. La incredulidad, quizás por inocencia, la dejamos para cuando hablemos de cosas que realmente no son perceptibles con fotones.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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Sobre la firma

Pablo G. Pérez González
Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

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