II. LA LUZ DEL SOL
TODA la vida en la Tierra depende del Sol. Sin �l no habr�a plantas ni animales y la Tierra ser�a como un mundo oscuro, helado y muerto. Nuestro planeta recibe del Sol aproximadamente dos calor�as por cent�metro cuadrado cada minuto, una cantidad tan grande que si los habitantes de la ciudad de M�xico tuvi�ramos que pagar por el kilowatt hora de luz solar que recibimos lo mismo que pagamos por la energ�a el�ctrica, deber�amos pagar m�s de 500 000 millones de pesos diarios. Esta energ�a se emplea en el calentamiento de la Tierra, en la destilaci�n del agua de los oc�anos, en los procesos qu�micos de las plantas. Toda nuestra comida y la renovaci�n del ox�geno que respiramos dependen del Sol; nuestros combustibles f�siles son principalmente energ�a solar almacenada y las especies vivas de hoy representan el resultado de una evoluci�n de miles de millones de a�os que ha sido mantenida por la constante luz solar. Hace m�s de 4 000 millones de a�os que el Sol ha estado calentando e iluminando a la Tierra y gracias a ese continuo calentamiento estamos ahora nosotros aqu�.
Es dif�cil imaginarse la gran cantidad de energ�a que el Sol emite y de la cual la Tierra intercepta s�lo una parte en 2 200 millones. Si la energ�a que emite el Sol pudiera hacerse pasar por un "cable" de hielo de tres kil�metros de di�metro y de 150 millones de kil�metros de largo hasta llegar a la Tierra, este cable se evaporar�a en menos de ocho segundos.
Como la intensidad de la luz solar disminuye con el cuadrado de la distancia al Sol, los planetas que se encuentran m�s cerca de �l reciben m�s energ�a por cent�metro cuadrado por minuto y los planetas lejanos reciben menos. La Tierra fue el planeta afortunado del Sistema Solar: la energ�a recibida del Sol fue la adecuada para el florecimiento de la vida. Hasta donde sabemos, no existe en nuestro sistema ning�n otro cuerpo en que se encuentren organismos vivos ni siquiera en estados primitivos de desarrollo.
En las �ltimas d�cadas de este siglo, en las que hemos adquirido conciencia de la gran fragilidad de la vida y del enorme poder de destrucci�n que somos capaces de ejercer los seres humanos, se ha generado un inter�s casi desesperado por encontrar formas de vida en otras partes del Universo, o por lo menos de convencernos de que esto es posible. Existen serios proyectos cient�ficos que intentan establecer comunicaci�n con otras civilizaciones en otros sistemas planetarios o por lo menos pretenden averiguar si tales civilizaciones existen. La posibilidad de estar solos en el Universo nos causa ahora mayor pesadumbre que nunca antes. Cuando el Universo se reduc�a a nuestra Tierra, rodeada por una cercana y cristalina esfera celeste, tachonada de estrellas y conteniendo al Sol y a la Luna, una sola raza humana parec�a ser m�s que suficiente; pero ahora que el Universo se ha vuelto tal vez infinito, sentimos necesidad de compa��a.
Por fortuna, las posibilidades de vida en el Universo son bastante grandes. Hasta donde entendemos el proceso de la vida y las caracter�sticas de nuestro Universo, es muy probable que existan muchos otros planetas, girando alrededor de muchas otras estrellas, donde habiten actualmente seres vivos o puedan habitar en el futuro. Realmente ser�a muy sorprendente que los procesos que generaron la vida en la Tierra no se est�n y se hayan dado ya en otros lugares del inmenso espacio poblado por cientos de trillones de estrellas, muchas de ellas semejantes a la nuestra. La dificultad de percibir su presencia radica en las inmensas distancias que nos separan, que incluso a los mensajes que viajan a la velocidad de la luz les toma muchos a�os recorrer; pero cada vez existe una confianza mayor en que no estamos solos en el Universo. Seguramente otros soles en otras partes del cosmos están tambi�n siendo empleados para mantener vida.
LUCES QUE VEMOS Y LUCES QUE NO VEMOS
Cuando hablamos de la energ�a emitida por el Sol nos referimos a la luz; m�s espec�ficamente a ondas electromagn�ticas. Es en esta forma como el Sol env�a la mayor parte de la energ�a que recibe la Tierra y la que �sta emplea en su calentamiento y en todos los otros procesos a que hemos hecho menci�n en la secci�n anterior.
Las ondas electromagn�ticas se distinguen unas de otras por su frecuencia (ciclos por segundo) o su longitud de onda. Las ondas m�s largas —de menor frecuencia— son las ondas de radio, cuya longitud de onda puede ser desde m�s de mil kil�metros hasta unos cuantos metros. Las ondas electromagn�ticas de longitudes entre un metro y un mil�metro se llaman microondas y tienen frecuencias mayores que las ondas de radio. Siguen despu�s los rayos infrarrojos, que son las ondas electromagn�ticas que se encuentran entre microondas y el rojo, que es el primer color, o la frecuencia m�s baja que el ojo humano puede detectar. Entre 700 y 400 milimicras de longitud de onda se encuentran las ondas electromagn�ticas visibles, que es lo que propiamente llamamos luz, y va desde el rojo hasta el violeta. Solamente en este rango de longitudes de onda es sensible el ojo humano; las frecuencias correspondientes para el intervalo visible son de cientos de billones de ciclos por segundo. Las ondas electromagn�ticas de frecuencias m�s altas que las visibles (longitudes de onda m�s cortas) son: la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos g 1; estos �ltimos comprenden hasta longitudes de onda menores que una billon�sima de metro y hasta frecuencias superiores a miles de trillones de ciclos por segundo. Todas estas ondas constituyen el espectro electromagn�tico.
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Figura 6. Espectro electromagn�tico y ventanas atmosf�ricas. Las radiaciones electromagn�ticas cubren una amplia gama de longitudes de onda entre las que se encuentran aquellas que podemos ver y que llamamos luz. Las radiaciones de longitudes de onda menores que la luz son los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos g. Las radiaciones con longitudes de onda mayores son el infrarrojo, las microondas y las ondas de radio. Nuestra atm�sfera impide el paso de la mayor parte de estas radiaciones hasta la superficie y s�lo deja penetrar aquellas que se encuentran en dos "ventanas": una en la regi�n visible y otra en la regi�n de las radioondas.
Fue James Clerk Maxwell, ingeniero y f�sico escoc�s, quien a mediados del siglo pasado propuso que la luz era una onda electromagn�tica; pero muy poca gente tom� en cuenta su proposici�n. Nueve a�os despu�s de su muerte, en 1888, un ingeniero alem�n, Heinrich Hertz, pudo producir por primera vez ondas electromagn�ticas, aunque las ondas producidas por Hertz ten�an longitudes de onda mucho mayores que las de la luz; eran ondas de radio. No tard� en demostrarse que todo era cosa de variar la longitud de onda (o la frecuencia) y se podr�a obtener toda una gama de ondas electromagn�ticas entre las cuales estaba comprendida la luz.
Desde principios del siglo pasado se conoc�an ya los rayos infrarrojos y ultravioleta. Los rayos infrarrojos fueron descubiertos alrededor de 1800 por William Herschel quien, trabajando con filtros en un telescopio para observar el Sol, encontr� que algunas veces sent�a calor aun cuando sus filtros estuvieran bloqueando toda la luz. Para estudiar las posibles causas de este efecto, hizo pasar la luz solar por un prisma para separar los diferentes colores, y fue colocando un term�metro en las zonas iluminadas por cada uno de ellos. Encontr� que conforme se mov�a el term�metro hacia el rojo la temperatura aumentaba y si lo colocaba m�s all�, donde ya no se ve�a ninguna luz, la temperatura aumentaba r�pidamente. As� qued� demostrado por primera vez que existe luz que no vemos.
Los rayos ultravioleta fueron descubiertos en 1801 por Johann Wilhelm Ritter, cuando experimentaba con los espectros de la luz en las sales de plata. Descubri� que �stas tambi�n se oscurec�an si las colocaba m�s all� del extremo violeta de un espectro solar dispersado por un prisma.
Figura 7. El espectro de emisi�n del Sol. El Sol emite la mayor parte de su energ�a en la regi�n de la luz visible y en el infrarrojo; tambi�n es considerable su emisi�n en el ultravioleta cercano. La emisi�n en longitudes de onda menores que el ultravioleta o mayores que el infrarrojo es sumamente peque�a en condiciones normales.
Los rayos X y los rayos g se descubrieron a finales del siglo pasado. Los rayos X fueron descubiertos por Wilhelm R�entgen en 1895 al encontrar una radiaci�n invisible capaz de penetrar los m�sculos y trazar la sombra de los huesos sobre una pantalla fluorescente; por ser �sta hasta entonces una radiaci�n desconocida, �l la bautiz� con el nombre de rayos X. Los rayos g fueron descubiertos un a�o despu�s por Henri Becquerel cuando sus placas fotogr�ficas se velaron al ser colocadas cerca de un trozo de uranio, a pesar de estar envueltas en papel protector de la luz. Se les llam� g porque corresponden a una de las tres emisiones descubiertas originalmente en los elementos radiactivos naturales, las cuales fueron nombradas como las tres primeras letras del alfabeto griego: alfa (a), beta (b) y gamma (g); las emisiones a y b son part�culas y s�lo g es emisi�n electromagn�tica.
El Sol emite energ�a en todas las longitudes de onda: desde los ultracortos rayos g hasta las gigantescas ondas de radio; sin embargo, no emite la misma cantidad de energ�a en todas ellas. Aproximadamente el 40% de la energ�a emitida por el Sol est� en la porci�n visible del espectro y 50% en el infrarrojo; casi todo el resto est� en el ultravioleta. La emisi�n continua de rayos X y de ondas de radio del Sol es sumamente baja y s�lo aumenta espor�dicamente debido a la ocurrencia de ciertos eventos solares explosivos. Tambi�n en estos eventos suelen emitirse rayos g, pero no parece haber una emisi�n continua de ellos. En cap�tulos posteriores se discutir� c�mo y desde qu� partes del Sol se emiten los diferentes tipos de radiaciones electromagn�ticas.
Hemos dicho que el Sol emite radiaci�n electromagn�tica en todas las longitudes de onda, pero no todas ellas llegan a la superficie de la Tierra �afortunadamente! Nuestra atm�sfera s�lo permite la penetraci�n de la radiaci�n que se encuentra en dos regiones espec�ficas del espectro: la regi�n visible y una regi�n de ondas de radio (de un mm a 30 m) que incluye las microondas. A estas dos regiones se les llama ventanas atmosf�ricas, y toda la radiaci�n proveniente del exterior con longitudes de onda distintas de �stas es absorbida o dispersada por la atm�sfera y no llega al suelo. Hasta hace aproximadamente 50 a�os, el hombre hab�a observado el mundo exterior solamente a trav�s de una de ellas: la ventana �ptica, es decir, la de la luz visible. No es coincidencia que sea precisamente ese tipo de luz la que pueden ver nuestros ojos, y los de casi todos los otros animales que viven en la superficie de la Tierra; despu�s de todo somos el resultado de un proceso evolutivo en el que las especies que generaron ojos para ver otras radiaciones quedaron en tinieblas y consecuentemente en desventaja respecto a los que s� pod�an ver. Durante milenios, el hombre escudri�� el Universo con el �nico aparato de que dispon�a para registrar ondas electromagn�ticas: sus propios ojos, y crey� que eso era todo lo que hab�a que observar.
En los a�os treinta de este siglo, se detectaron por primera vez se�ales de radio provenientes del espacio y se descubri� la otra ventana. El Universo se ampli� y una gran cantidad de informaci�n nueva y sorprendente inund� a la astronom�a. Sin embargo, la intensidad de las se�ales recibidas por esta segunda ventana es enormemente peque�a comparada con la recibida en el visible; se ha dicho que la energ�a empleada en pasar la hoja de un libro es mucho mayor que toda la energ�a que se ha recibido en radioondas desde el inicio de la radioastronom�a. Se requieren pues enormes antenas y dise�os electr�nicos muy sensibles para poder atisbar el Universo. Los observadores de la otra ventana ten�an todo para ganar en la evoluci�n.
Sin embargo, aunque parados sobre la superficie de la Tierra s�lo tengamos una imagen parcial del mundo externo, esto representa para nosotros dos grandes ventajas: primero, el que la radiaci�n ultravioleta y de onda m�s corta no penetre hace posible que se mantenga la vida, pues estas radiaciones son letales. Afortunadamente, la mayor parte de la radiaci�n de alta energ�a es absorbida por los �tomos y mol�culas de las capas superiores de la atm�sfera, con lo que las mol�culas se disocian y los �tomos pierden algunos de sus electrones, convirti�ndose en iones. As�, por encima de los 50 kil�metros de altura nuestra atm�sfera contiene una gran cantidad de iones y electrones libres, formando lo que se conoce como la ion�sfera. Gran parte de la radiaci�n ultravioleta de menor energ�a no es absorbida en estas capas, pero es bloqueada por otra capa inferior, centrada alrededor de los 25 kil�metros de altura, donde se encuentra en abundancia una mol�cula triple de ox�geno llamada ozono. Esta mol�cula absorbe el ultravioleta para disociarse e impide as� el paso de esta radiaci�n a la superficie. Sin la capa de ozono, el Sol, nuestra fuente de vida, se volver�a mortal.
Por otro lado, la ion�sfera misma constituye un espejo que refleja las ondas de radio y esto tambi�n representa una ventaja, pues permite las radiocomunicaciones aun entre puntos muy distantes sobre la Tierra. Esta capa reflectora regresa a la Tierra las se�ales emitidas por las antenas de comunicaci�n y permite que alcancen puntos incluso por debajo del horizonte.
As� pues, nuestra atm�sfera representa una capa protectora, sin la cual la
vida no ser�a posible, y un conveniente reflector de radioondas en apoyo de
nuestras comunicaciones
Ante el inminente agotamiento de los combustibles f�siles que son el gran soporte de nuestra forma actual de vida, se ha iniciado la b�squeda de fuentes alternativas de energ�a que nos permitan seguir disfrutando de los productos de la era tecnol�gica. El desarrollo de la industria del petr�leo cambi� en muchos aspectos la vida cotidiana, la industria y el transporte; abri� muchas posibilidades a las que ya no estamos dispuestos a renunciar.
Se especula mucho sobre cu�ndo terminar� por agotarse el petr�leo, pero lo que nadie pone en duda es que se acabar� alg�n d�a. Esta convicci�n ha impulsado en las �ltimas d�cadas una gran cantidad de investigaciones y dise�os ingeniosos para el aprovechamiento de otras formas de energ�a que van desde las corrientes y ca�das de agua y el viento —los m�s antiguos "impulsores''— hasta la energ�a nuclear —el juguete nuevo de la tecnolog�a—y la siempre presente energ�a solar.
Figura 8. Energ�a solar vs. Energ�a nuclear. La energ�a que la Tierra recibe del Sol en forma de radiaci�n electromagn�tica es tan grande que si pudi�ramos aprovecharla eficientemente podr�a satisfacer la mayor parte de las necesidades energ�ticas de nuestro mundo moderno. Ante el creciente auge de la utilizaci�n de otras formas de energ�a principalmente la nuclear, la cual representa serios peligros para la vida en el planeta, diversos grupos en todas partes del mundo est�n llevando a cabo grandes campa�as propagand�sticas tendientes a evitar el desarrollo de plantas de energ�a nuclear, al mismo tiempo que apoyar el desarrollo de dispositivos de aprovechamiento de la energ�a solar, como lo muestra el emblema de la fotograf�a.
Como ya se mencion�, la Tierra recibe del Sol continuamente una enorme cantidad de energ�a; el problema es c�mo aprovecharla. Éste no ha resultado un problema sencillo y hoy en d�a no podemos decir que sabemos c�mo aprovecharla de una manera competitiva. Todos los dise�os actuales son muy poco eficientes y su implantaci�n a nivel comercial y masivo se ve a�n muy lejana. Sin embargo, la defensa de la utilizaci�n de la energ�a solar en vez de la energ�a nuclear se ha convertido en una causa a nivel social y no s�lo un reto tecnol�gico. Se realizan campa�as, e incluso espor�dicamente manifestaciones, para destacar los peligros de la utilizaci�n de la energ�a nuclear y siempre se vuelven los ojos a la energ�a solar como la energ�a "limpia" y "natural".
Todav�a queda mucho por andar, pero no hay duda de que el ingenio y la tenacidad del hombre encontrar�n, en un futuro no lejano, formas adecuadas y eficientes de aprovechar el continuo torrente de energ�a que nos llega del Sol, el cual podemos estar seguros que no se agotara en mucho, mucho tiempo.
NOTAS
1 Léase gamma
