ISAAC ASIMOV,
Guía de la Tierra y el espacio,
Ariel, Barcelona, 2013, 270 páginas.
**********
En la Introducción (pp. 8-11) Asimov señala el propósito de su libro: «hacer accesibles esos interrogantes de carácter general,
contestando a ellos en unos términos que todos puedan seguir, y
presentando con absoluta claridad las complejidades del universo.» El lector encontrará respuesta para 111 preguntas fundamentales de la astronomía.
**********
¿QUÉ ES EL EFECTO DOPPLER?
Con objeto de ampliar nuestros conocimientos acerca de la Galaxia, debemos estudiar otra forma de determinar los movimientos de las estrellas. Cuando Halley descubrió que las estrellas se movían, sólo pudo medir la trayectoria que seguían a través de la línea de visión (el movimiento propio), como si se deslizaran por la esfera celeste. Una vez quedó de manifiesto que la esfera celeste no existía, y que las estrellas se distribuían más cerca o más lejos de nosotros a través de grandes distancias del espacio, se suscitó la cuestión de si una estrella en concreto se mueve hacia nosotros o se aleja. Este movimiento de proximidad o lejanía se llama movimiento radial, porque la estrella se la ve acercarse o alejarse a lo largo del radio de una rueda en cuyo centro se sitúa la Tierra.
¿Cómo podríamos determinar ese movimiento? Si una estrella se mueve alejándose directamente de nosotros o aproximándose, su posición en el firmamento no cambiaría. Desde luego que si se alejara, aparecería cada vez más apagada, y si se nos fuera aproximando ganaría brillo. Pero las estrellas están tan lejos y se mueven tan despacio en comparación con sus enormes distancias, que una estrella fácilmente necesitaría miles de años para cambiar de brillo lo suficiente como para ser detectada, incluso con los instrumentos más exactos. Además, si una estrella se trasladara por el firmamento con un movimiento propio, podría también acercarse o alejarse de nosotros, pues tiene un movimiento oblicuo en tres dimensiones. ¿Cómo es posible ver ese movimiento?
La respuesta se halló en un fenómeno observado en la Tierra, que parecía no tener nada que ver, con las estrellas. Se sabía que si un jinete se lanzaba a la carga durante un ataque militar, haciendo sonar la trompeta para animar a sus tropas y asustar al enemigo, la trompeta parecía cambiar de tono cuando el jinete pasaba ante un oyente que parecía parado. En el momento que cruzaba ante él, el sonido bajaba súbitamente de tono.
Este fenómeno hubiera podido pasar inadvertido en el fragor de la batalla, pero en 1815 el ingeniero británico George Stephenson (1781-1848) inventó la locomotora de vapor, y pocos años después esas máquinas viajaban tan aprisa como un caballo al galope o incluso más rápidamente. Además, solían ir equipadas con silbatos de algún tipo para advertir a las personas cuando atravesaban regiones pobladas, con lo que se hizo muy común oír el súbito aumento de tono cuando la locomotora pasaba, y empezó a plantearse la pregunta de por qué sucedía.
El físico austríaco Christian Johann Doppler (1803-1853) resolvió el problema y decidió, muy correctamente, que cuando la locomotora se aproxima, el intervalo entre cada una de las sucesivas ondas sonoras es más breve, de modo que inciden en el oído más frecuentemente que si la locomotora permaneciese detenida. O sea, que el tono del silbato era más alto que con la locomotora parada.
Cuando la locomotora pasaba ante un oyente y empezaba a alejarse, cada sucesiva onda sonora era desplazada por la anterior, e incidían en el oído con menos frecuencia que si la locomotora hubiese permanecido parada, con lo que sonaban con un tono más bajo. Cuando la locomotora pasaba, se producía un cambio natural de tono desde más alto de lo normal a más bajo de lo normal.
En 1842, Doppler determinó la relación matemática entre velocidad y tono, y la probó con éxito, disponiendo una locomotora que arrastrara un vagón plataforma a diversas velocidades. En la plataforma se colocaron unos trompetistas que hacían sonar varias notas. En tierra, unos músicos, con un sentido desarrolladísimo para captar el tono, reproducían el cambio que percibían al pasar el tren. Estos cambios de tono se llamaron desde entonces efecto Doppler.
Por entonces se había descubierto que la luz consistía también en ondas, aunque eran muchísimo más pequeñas que las sonoras. El físico francés Armand-Hippolyte Fizeau (1819-1896) señaló en 1848 que el efecto Doppler sería aplicable a cualquier movimiento ondulatorio, incluida la luz. Como resultado de ello, la forma de actuar de la luz se llama en ocasiones efecto Doppler-Fizeau.
Si una estrella ni se aproxima ni se aleja de nosotros, las líneas oscuras del espectro permanecen en su lugar. Si la estrella se aparta de nosotros, la luz que emite tiene una mayor longitud de onda (el equivalente de un tono grave), y todas las líneas oscuras se desplazan hacia el límite rojo del espectro. Cuanto mayor es el desplazamiento, con más rapidez se aparta de nosotros la estrella.
Si la estrella se nos acerca, la luz que emite tiene una longitud de onda inferior (equivale a un tono agudo), y las líneas espectrales se desplazan hacia el límite violeta. Una vez más, a mayor desplazamiento, mayor rapidez en la aproximación de la estrella.
Si conocemos tanto el movimiento radial (dentro o fuera) y el movimiento propio (lateral), podemos calcular el verdadero movimiento de una estrella en tres dimensiones. Pero en realidad la velocidad radial es con mucho la más importante de las dos. El movimiento propio sólo puede medirse si una estrella está lo bastante cerca como para que su rapidez sea perceptible. Y sólo una pequeñísima proporción de estrellas se encuentra cerca de nosotros. Por otra parte, el movimiento radial puede determinarse sin que importe lo lejos que se encuentre una estrella, con tal de que pueda obtenerse su espectro.
En 1868, William Huggins fue el primero en determinar la velocidad radial de una estrella. Encontró que Sirio se alejaba de nosotros alrededor de 46 km por segundo. Ahora disponemos de cifras más exactas, pero la que propuso ya era bastante ajustada para tratarse de un primer intento.
