EL EFECTO DOPPLER
Por Esperanza Carrasco Licea &
Alberto Carramiñana Alonso
Diario Síntesis, 7 de marzo
del 2000
bec@inaoep.mx
Tomado de
http://www.inaoep.mx/~rincon/
Cuando observamos el cielo en
una noche despejada y oscura, en un sitio alejado de la
iluminación urbana, podemos ver la luz de miles de
estrellas. Podemos apreciar diferencias de brillo y, si
miramos con atención, también distintos colores. A pesar de
lo inspirador que puede ser esta visión, no deja de
sorprender el saber que tanta información está guardada en
la luz de los astros. Información de la luminosidad, de la
temperatura, de la composición química e, incluso, del
movimiento del astro y sus componentes. Para descifrar la
luz de las estrellas es necesario, además de contar con
herramientas como telescopios y espectrógrafos, entender
fenómenos como el efecto Doppler.
Christian Doppler fue un
físico Austriaco del siglo pasado (el XIX) famoso por su
estudio de como cambian las propiedades del sonido cuando el
objeto que lo emite está en movimiento. Doppler encontró las
expresiones matemáticas que describen cómo cuando un objeto
se acerca hacia nosotros el sonido que emite se vuelve mas
agudo mientras que al alejarse de nosotros el sonido es mas
grave. Aun cuando el trabajo de Doppler se refirió al
estudio de las ondas de sonido, este mismo fenómeno se
produce en otros tipos de ondas, particularmente en las
ondas electromagnéticas, como la luz: cuando una fuente de
luz se acerca hacia nosotros se ve mas azul, mientras que si
se aleja se ve mas roja. Que tan fuerte es el cambio de
frecuencia o de color depende de que tan grande es la
velocidad de la fuente emisora de luz (o sonido) en relación
a la velocidad conque se mueve la luz (o el sonido). En el
caso de ondas sonoras, la velocidad del sonido es de unos
1200 kilómetros por hora, por lo que el efecto Doppler es
perceptible para velocidades de unos 100 kilómetros por
hora. En el caso de las ondas electromagnéticas, la
velocidad de la luz es de 300 mil kilómetros por SEGUNDO,
por lo que hace falta velocidades muy altas para poder
apreciar este efecto.
Un par de circunstancias
afortunadas permiten aprovechar el efecto Doppler en objetos
astronómicos. Primero, la naturaleza cuántica de la materia
hace que los átomos tiendan a emitir luz en frecuencias (o
colores) muy bien determinadas. Por ejemplo, el gas
hidrógeno caliente emite luz roja con una longitud de onda
de 656.3 nanómetros, y luz azul de longitud de onda de 486.1
nanómetros (además de luz infrarroja y ultravioleta). Los
espectrógrafos que se emplean en astronomía pueden medir las
longitudes de onda de la luz con alta precisión: mientras
que un espectrógrafo de "baja resolución" mide una parte
entre mil, los espectrógrafos de "alta resolución" miden una
parte entre cien de mil. Esto se traduce en la posibilidad
de medir velocidades de entre 300 kilómetros por segundo
(con un espectrógrafo de "baja resolución") hasta menores de
1 kilómetro por segundo. Si tomamos en cuenta que las
estrellas se mueven en la Vía Láctea a velocidades de
cientos de kilómetros por segundo, podemos apreciar la
utilidad que tiene para nuestro conocimiento del cosmos el
efecto Doppler. La luz roja del hidrógeno de una estrella
moviéndose hacia nosotros a 300 kilómetros por segundo
aparecerá en 655.7 nanómetros al mismo tiempo que la luz
azul se habrá desplazado a 485.7 nanómetros, siendo los dos
desplazamientos fácilmente medibles.
El efecto Doppler permite
medir el movimiento mutuo de estrellas binarias, de donde es
posible hacer estimaciones de las masas de las estrellas.
Observaciones con espectrógrafos de muy alta resolución
durante periodos muy largos de tiempo han permitido incluso
detectar el "bamboleo" que produce en una estrella la
presencia de planetas a su alrededor. Gracias al efecto
Doppler podemos medir el movimiento de las estrellas dentro
de Vía Láctea y de ahí deducir la dinámica y la estructura
de nuestra galaxia. Es así como Oort llegó a la conclusión
de que existía materia oscura en nuestra galaxia. El efecto
Doppler permite medir movimientos internos en galaxias
situadas a cientos de millones de años-luz, gracias a lo
cual podemos medir también sus masas. Y es gracias al efecto
Doppler y a un fenómeno similar -el llamado "corrimiento al
rojo cosmológico"- que podemos hacer inferencias acerca de
la estructura y la evolución del Universo en su conjunto.
