ESPECTROSCOPIA Observar, investigar y compreender los espectros de distintas fuentes de luz

La luz Onda electromagnética Onda transversal Movimiento oscilatorio de cargas eléctricas Puede propagarse en el vacío Onda transversal Velocidad de propagación constante y finita: c=300.000 km/s (lo que ves es el efecto llegando a nuestros ojos) (recuerden que en el caso del sonido es la presión que empuja a las particulas) (v más rapida del universo, nada viaja más rapido que la luz) Cargas en movimiento generan campo magnetico (iman)

Espectro electromagnético La luz (onda electromagnética) puede tener distintas longitudes de onda Percibimos la luz con diferentes longitudes de onda de manera distinta: λ ≈ 100m: ondas de radio λ ≈ 0,001m: microondas λ ≈ 0,0000001m: luz visible (para saber la frecuencia, recuerda que fλ = v, donde v aquí es la velocidad de la luz, 300.000km/s) Frecuencias posibles de las ondas electromagneticas Como las percibimos Recuerden que lambda y f estan relacionados con la velocidad de propagación

Espectro electromagnético https://www.youtube.com/watch?v=o9BqrSAHbTc: How the sun sees you – contar también que para cada tipo de luz se necesita un instrumento distinto. – si no penetra atmosfera terrestre, hay que salir de la Tierra - Abejas ven en UV

La luz visible Cada λ corresponde a una onda de color distinto La luz blanca es la suma de varias ondas de distintos colores 1m = 100cm 1m = 1000 mm 1m = 1000000000 nm (1nm = 0,000000001 nm)

La luz visible ¿Cómo podemos separar la luz blanca en sus distintos colores? Prisma de Isaac Newton (1667): - Refracción de la luz El fenómeno responsable por la descomposición de la luz en el prisma es la refracción: antes de cruzar el prisma, todas las componentes de la luz se propagaban en la misma dirección y con la misma velocidad, formando el mismo ángulo de incidencia con la superficie del prisma. Pero cuando cruzan del aire para el prisma y del prisma de vuelta al aire, las componentes de la luz sufren los efectos de la refracción (debido al cambio del medio de propagación) y siguen cada una por una dirección distinta, dependiendo de su longitud de onda. La dispersión de la luz blanca es un fenómeno muy común en la naturaleza: el arcoíris, por ejemplo, surge cuando las gotas de agua en la atmosfera son iluminadas por la luz del Sol. En este caso, las gotas actúan como prismas y descomponen la luz blanca del Sol en los espectros de color que forman en arcoíris. Y por qué los colores del arcoíris están siempre dispuestos en el mismo orden? Porque al cruzar el prima, el espectro de color que sufre la menor desviación es el rojo, ya que tiene la menor frecuencia (o mayor longitud de onda). La mayor desviación es sufrida por el violeta, que tiene la mayor frecuencia (o menor longitud de onda). Arcoíris

La luz visible ¿Cómo podemos separar la luz blanca en sus distintos colores? Red de difracción (difracción e interferencia de la luz permiten separar las ondas) Son necesarias muchas ranuras muy pequeñas: CDs (625 surcos/mm)

Espectro visible ¿Cómo crees que es el espectro visible del Sol? ¿Y el espectro de las ampolletas, velas o linternas? ¿ Y el espectro de las otras estrellas del Universo? ¿Crees que todas las fuentes de luz emiten espectros iguales?

Actividad Experimental Espectroscopio casero

Actividad Experimental Cuando la luz pase por la ranura, verás la formación de diferentes imágenes en el CD, cada una correspondiente a un color distinto: Espectro continuo Espectro discreto (o de líneas)

Actividad Experimental Observa las fuentes de luz y llena la tabla

Actividad Experimental Saca una foto del espectro de la luz del Sol y compara tu foto con el espectro abajo, tratando de identificar algunas de las líneas oscuras

Discusión ¿Qué semejanzas tienen los espectros de las distintas fuentes de luz? ¿Qué diferencias tienen los espectros de las distintas fuentes de luz? Generar preguntas para que concluyan que los espectros son como huella digital de los elementos - ¿Qué aplicaciones tienen el estudio de los espectros? - ¿Qué pueden concluir de las observaciones?

Discusión ¿Qué diferencias hay entre los distintos tipos de ampolletas? ¿Por qué crees que las distintas fuentes de luz emiten espectros distintos?

Discusión ¿Crees que los espectros de las otras estrellas son iguales al espectro del Sol? Si los espectros de las distintas estrellas son distintos, ¿qué podría significar esto? Sol α Cru Spica Sirius

Espectroscopia Joseph Fraunhofer (1814) Luz del sol con telescopio y un prisma 700 Líneas oscuras Espectro de la Luna, Venus y otras estrellas Algunas líneas en común, otras distintas Pero ¿por qué?

Espectroscopia Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff (1860) Color de la llama revela elemento químico ¿Y si la observa a través de un prisma? A estas alturas podría parecer que las Líneas de Fraunhofer y tantos años de estudio no tienen, en realidad, una utilidad muy práctica. Pero lo cierto es que sí la tienen. Los científicos de los que estuvimos hablando, Kirchhoff y Bunsen, comenzaron a estudiar los espectros de las estrellas, las nebulosas y los cuerpos celestes. Con su investigación determinaban qué elementos componían los planetas y los astros con una forma de investigación en la que no necesitaban ni presencia ni muestreo de esos lugares lejanos. Gracias a esta nueva especialización de la ciencia, a la que llamaron espectroscopia, se descubrieron varios elementos químicos como el helio, el indio, el talio, entre otros; así como el cesio y rubidio, descubiertos por Kirchhoff y Bunsen personalmente. Alrededor de 1860, Kirchoff y Bunsen descubrieron que cada elemento químico está asociado con un conjunto de líneas espectrales. Dedujeron que las líneas de Fraunhofer en el espectro solar eran causadas por la absorción de ciertos colores de la luz en las capas externas del Sol. Algunas líneas son también causadas por la absorción de luz que realizan los átomos en la atmósfera terrestre, tales como el oxígeno. Eventualmente, el estudio de estas líneas llevó al descubrimiento del elemento helio en el Sol, lo que finalmente probó que la energía del Sol proviene de la fusión nuclear.

Espectroscopia Cada elemento químico está asociado con un conjunto de líneas espectrales líneas de Fraunhofer en el espectro solar son causadas por la absorción de ciertos colores de la luz en las capas externas del Sol Descubrieron nuevos elementos quimicos ¡¡¡Los espectros son las huellas digitales de los elementos químicos!!!

Espectroscopia El espectro observado depende de la composición química de la fuente de luz

Espectroscopia Entonces, ¿Para qué sirve la espectroscopia? Estudiar la interacción entre ondas electromagnéticas y materia Detectar la presencia de substancias químicas Aplicaciones: Física, Química, Biología y ASTRONOMÍA Entonces, ¿Para qué sirve la espectroscopia? La espectroscopia, además de indicar de qué elementos se compone un objeto luminoso, también revela si el cuerpo luminoso fuera de órbita y la Tierra se acercan o se alejan entre sí, además de indicar la velocidad relativa a la que lo hacen. La espectroscopia ha crecido desde sus inicios, y en la actualidad cubre gran parte del espectro electromagnético, que va de los infrarrojos hasta los rayos gamma (que ya no son visibles como los colores); e incluso, la espectroscopia analítica se encarga de identificar átomos o moléculas debido al espectro que poseen

Espectroscopia ASTRONOMÍA: Espectros de estrellas, galaxias, nebulosas, planetas, etc MUSE – VLT (Paranal) Se ha instalado con éxito un nuevo e innovador instrumento llamado MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, en el Observatorio Paranal, en el norte de Chile. Durante el primer periodo de observaciones, MUSE ha observado galaxias distantes, estrellas brillantes y otros objetos con el fin de llevar a cabo las pruebas, que ha sido todo un éxito. MUSE es una herramienta única y muy potente para el descubrimiento. Utiliza 24 espectrógrafos para separar la luz en los distintos colores que la componen con el fin de crear tanto imágenes como espectros de regiones seleccionadas del cielo. Crea vistas en 3D del universo que cuenta con un espectro por cada píxel como tercera dimensión [1]. Durante el posterior análisis, los astrónomos pueden moverse por los datos y estudiar diferentes vistas del objeto en diferentes longitudes de onda, igual que si sintonizáramos diferentes canales en una televisión a diferentes frecuencias.

MUSE – VLT (Observatorio Paranal) Video disponible en: http://www.eso.org/public/chile/videos/eso1407c/ Esta secuencia de vídeo muestra la representación tridimensional de la Nebulosa de Orión obtenida por el nuevo instrumento MUSE, instalado en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO. Para cada parte de esta espectacular región de formación estelar, la luz ha sido separada en los diferentes colores que la componen, revelando en detalle las propiedades químicas y físicas de cada píxel.   Durante el posterior análisis los astrónomos pueden moverse por los datos y estudiar diferentes vistas del objeto en diferentes longitudes de onda, igual que si sintonizáramos diferentes canales en una televisión a diferentes frecuencias. Esta imagen está basada en un mosaico de numerosos paquetes de datos de MUSE obtenidos poco después de la primera luz del instrumento, que se hizo a principios de 2014. En tan solo 2,5 horas de observación, se obtuvieron 2,7 millones de espectros, una impresionante tasa de 300 espectros por segundos. El conjunto total de datos contiene once mil millones de píxeles. Para elaborar esta imagen a color se seleccionaron tres regiones diferentes del espectro — tal y como indican las “rebanadas” del cubo de datos — para luego unir todos los datos y crear una sola imagen a color. Pese a que resulte impresionante, es tan solo una pequeña parte de la información completa de la colección de datos tridimensionales de MUSE. Nebulosa de Orion (300 espectros por segundo)