El cielo nocturno es oscuro
La temperatura de la Tierra es un valor de equilibrio que surge del balance entre el calor recibido del Sol y el calor irradiado al espacio. Si el cielo nocturno no estuviera oscuro, fluiría menos calor hacia él y la temperatura de la Tierra aumentaría. El cielo nocturno está oscuro porque el universo no es eterno e increado, y porque el universo se está expandiendo. Examinemos este punto con más detalle.
Aquí y allá las estrellas marcan la oscuridad. Los pueblos antiguos pensaban que la cantidad de estrellas estaba limitada a aquellas que podían ver. Hay alrededor de 3.000 estrellas brillantes visibles a simple vista. Los telescopios modernos revelan que solo nuestra galaxia tiene 100.000 millones de estrellas. En el universo conocido hay aproximadamente el mismo número de galaxias. Con tantas estrellas, ¿por qué el cielo nocturno no está iluminado de este a oeste y de norte a sur?
Un bosque negro y las estrellas
Supongamos que algunas personas se pierden en medio de un bosque muy grande, viejo y denso que creció sin cultivar en una gran llanura. Dado que cada generación de árboles creció a partir de semillas que esparcieron los árboles más viejos, los árboles se distribuyen al azar, no en rangos y filas como en un huerto. La gente busca el borde del bosque donde esperan encontrar puntos de referencia que los lleven a casa.
Cuando los árboles crecen muy juntos, solo sus ramas más altas pueden recibir la luz del sol. Privadas de energía, las ramas inferiores se marchitan y mueren. Algunos árboles se autopodan, es decir, se les caen las ramas muertas. Supongamos que la selva negra consiste en este tipo de árbol. Un ejemplo real es el tipo de bosque negro que se encuentra en el suroeste de Alemania. Allí los árboles crecen muy rectos y delgados, poniendo toda su energía en llegar a la copa de los árboles más viejos. Hay muy poca maleza porque la luz solar fuerte no llega al suelo.
Si las personas se paran cerca de un árbol, ese árbol bloquea una parte considerable de su campo de visión. Otros árboles, más lejos, obstruyen solo una pequeña parte del campo de visión. Sin embargo, si el bosque es lo suficientemente grande y la gente está lejos del borde, los árboles cercanos o lejanos bloquearán todas las líneas de visión en cualquier dirección horizontal. Los árboles impiden ver cualquier espacio abierto o cualquier punto de referencia en el borde del bosque.
Ahora reemplaza los árboles con estrellas. Una estrella, muy cerca, nuestro Sol, proporciona calor y luz a la Tierra. Cuando dirigimos nuestros ojos lejos del Sol, podemos ver otras estrellas más lejanas, al igual que uno puede ver muchos troncos de árboles en un bosque. Usando telescopios podemos ver más lejos. Vemos más y más estrellas, siempre como diminutas regiones de luz en un fondo oscuro. También podemos ver nebulosas, es decir, manchas turbias de luz u oscuridad. Con telescopios aún mejores, podemos resolver algunas de las nebulosas brillantes en galaxias. Podemos ver las galaxias más cercanas lo suficientemente bien como para saber que otras galaxias contienen estrellas y nebulosas oscuras, al igual que nuestra propia galaxia.
En la década de 1950, telescopios como el telescopio Hale de 200 pulgadas (5 metros) en el Monte Palomar en California podían ver hasta 2.000 millones de años luz. El fondo del cielo aún estaba oscuro, con las galaxias y las estrellas formando puntos de luz aislados. En ese momento todavía nos preguntábamos si un telescopio lo suficientemente potente haría que todos los puntos del fondo brillasen con estrellas. Esa sería la imagen si cada línea de visión finalmente terminara en la superficie de una estrella. Pero creo que la mayoría de los investigadores de eso tiempos esperaban ver hasta el borde del universo. No tenían idea de cómo se vería el borde, pero querían ver algo nuevo y diferente. Si hubiera un límite para el número de estrellas, pero no para la edad del universo, entonces los espacios oscuros entre las estrellas no se llenarían para siempre con nuevas estrellas a medida que aumentara la potencia del telescopio. Éramos como personas esperando ver el borde de un bosque que no está demasiado lejos.
Viendo hasta el límite lejano del universo
Volvamos al ejemplo de los árboles. Si no nos hemos adentrado demasiado en el bosque podemos ver hasta el borde del mismo, mirando aquí y allá entre los troncos de los árboles. Pero, ¿cómo se ve el borde? El bosque creció sin cultivar, tal vez comenzando con un árbol solitario en medio de una gran llanura. Abandonado a sí mismo, cada año el bosque se vuelve más grande, porque los árboles en el borde esparcen semillas a cierta distancia sobre la llanura. En el borde, los árboles del año pasado son pequeños retoños y los árboles de este año son plántulas. Cuanto más cerca estemos del borde, más jóvenes serán los árboles. Mirando desde las profundidades del bosque, no podremos ver los troncos de los árboles más jóvenes, porque las plántulas no son lo suficientemente altas. Los árboles jóvenes tendrán ramas frondosas hasta el final, porque en el borde del bosque todas las ramas exteriores están expuestas a la luz solar. En resumen, el borde del bosque debe ser más joven y verde, diferente del viejo y denso interior.
Con los telescopios podemos ver a lo lejos. Cuando vemos estrellas y galaxias distantes, no las vemos como son ahora, sino como eran cuando eran más nuevas, porque su luz tarda miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Cuanto más lejos están las estrellas, más nuevas eran cuando su luz comenzó su viaje hacia la Tierra.
En la década de 1950, los astrónomos registraron sus imágenes en placas fotográficas sensibles. Ahora graban las imágenes digitalmente usando un nuevo tipo de detector llamado dispositivo de carga acoplada (CCD). Estos detectores son 100 veces más sensibles que la película. La intensidad de la luz cae inversamente al cuadrado de la distancia. Por lo tanto, un telescopio antiguo, recién equipado con un CCD en lugar de placas fotográficas, puede ver diez veces más lejos. El telescopio Hale en la década de 1950 podía ver hasta 2.000 millones de años luz. Con un CCD en lugar de película, ahora puede ver potencialmente hasta 20.000 millones de años luz, pero más allá de unos 13.820 millones de años luz no hay más estrellas o galaxias para ver.
¿Significa esto que ahora podemos ver casi hasta el borde del universo? No precisamente. Podemos ver casi hasta el comienzo del universo. Las estrellas en sus primeras etapas se ven diferentes a las estrellas completamente formadas. Las primeras estrellas comenzaron como enormes nubes de gas frío. Hasta que estas nubes se contrajeron y calentaron bajo la acción de su propia gravedad, no emitieron luz. Eso los hizo tan invisibles a la distancia como las plántulas en el borde del bosque negro.
Las primeras estrellas se hicieron visibles cuando su calor alcanzó la temperatura de ignición del hidrógeno, su combustible nuclear. Las primeras estrellas no tenían elementos pesados que sirvieran como catalizadores para convertir hidrógeno en helio. No pudieron comenzar a arder hasta que la gravedad elevó su temperatura central a millones de kelvin. Cuando se queman, sus capas exteriores alcanzan un calor blanco azulado. Sin embargo, los vemos como miembros de galaxias de color rojo oscuro demasiado lejos para resolverse en estrellas individuales. Se ven rojos, no blancos azulados, porque la expansión enfría su luz. La luz de las estrellas más lejanas es la más fría. Aunque las estrellas más distantes se ven rojas cuando las fotografiamos, debemos recordar que estamos viendo las estrellas más tempranas. Ahora se ven rojos, pero cuando su luz comenzó a apagarse, hacía tanto calor que era de color blanco azulado.
La temperatura de la Tierra es un valor de equilibrio que surge del balance entre el calor recibido del Sol y el calor irradiado al espacio. Si el cielo nocturno no estuviera oscuro, fluiría menos calor hacia él y la temperatura de la Tierra aumentaría. El cielo nocturno está oscuro porque el universo no es eterno e increado, y porque el universo se está expandiendo. Examinemos este punto con más detalle.
Aquí y allá las estrellas marcan la oscuridad. Los pueblos antiguos pensaban que la cantidad de estrellas estaba limitada a aquellas que podían ver. Hay alrededor de 3.000 estrellas brillantes visibles a simple vista. Los telescopios modernos revelan que solo nuestra galaxia tiene 100.000 millones de estrellas. En el universo conocido hay aproximadamente el mismo número de galaxias. Con tantas estrellas, ¿por qué el cielo nocturno no está iluminado de este a oeste y de norte a sur?
Un bosque negro y las estrellas
Supongamos que algunas personas se pierden en medio de un bosque muy grande, viejo y denso que creció sin cultivar en una gran llanura. Dado que cada generación de árboles creció a partir de semillas que esparcieron los árboles más viejos, los árboles se distribuyen al azar, no en rangos y filas como en un huerto. La gente busca el borde del bosque donde esperan encontrar puntos de referencia que los lleven a casa.
Cuando los árboles crecen muy juntos, solo sus ramas más altas pueden recibir la luz del sol. Privadas de energía, las ramas inferiores se marchitan y mueren. Algunos árboles se autopodan, es decir, se les caen las ramas muertas. Supongamos que la selva negra consiste en este tipo de árbol. Un ejemplo real es el tipo de bosque negro que se encuentra en el suroeste de Alemania. Allí los árboles crecen muy rectos y delgados, poniendo toda su energía en llegar a la copa de los árboles más viejos. Hay muy poca maleza porque la luz solar fuerte no llega al suelo.
Si las personas se paran cerca de un árbol, ese árbol bloquea una parte considerable de su campo de visión. Otros árboles, más lejos, obstruyen solo una pequeña parte del campo de visión. Sin embargo, si el bosque es lo suficientemente grande y la gente está lejos del borde, los árboles cercanos o lejanos bloquearán todas las líneas de visión en cualquier dirección horizontal. Los árboles impiden ver cualquier espacio abierto o cualquier punto de referencia en el borde del bosque.
Ahora reemplaza los árboles con estrellas. Una estrella, muy cerca, nuestro Sol, proporciona calor y luz a la Tierra. Cuando dirigimos nuestros ojos lejos del Sol, podemos ver otras estrellas más lejanas, al igual que uno puede ver muchos troncos de árboles en un bosque. Usando telescopios podemos ver más lejos. Vemos más y más estrellas, siempre como diminutas regiones de luz en un fondo oscuro. También podemos ver nebulosas, es decir, manchas turbias de luz u oscuridad. Con telescopios aún mejores, podemos resolver algunas de las nebulosas brillantes en galaxias. Podemos ver las galaxias más cercanas lo suficientemente bien como para saber que otras galaxias contienen estrellas y nebulosas oscuras, al igual que nuestra propia galaxia.
En la década de 1950, telescopios como el telescopio Hale de 200 pulgadas (5 metros) en el Monte Palomar en California podían ver hasta 2.000 millones de años luz. El fondo del cielo aún estaba oscuro, con las galaxias y las estrellas formando puntos de luz aislados. En ese momento todavía nos preguntábamos si un telescopio lo suficientemente potente haría que todos los puntos del fondo brillasen con estrellas. Esa sería la imagen si cada línea de visión finalmente terminara en la superficie de una estrella. Pero creo que la mayoría de los investigadores de eso tiempos esperaban ver hasta el borde del universo. No tenían idea de cómo se vería el borde, pero querían ver algo nuevo y diferente. Si hubiera un límite para el número de estrellas, pero no para la edad del universo, entonces los espacios oscuros entre las estrellas no se llenarían para siempre con nuevas estrellas a medida que aumentara la potencia del telescopio. Éramos como personas esperando ver el borde de un bosque que no está demasiado lejos.
Viendo hasta el límite lejano del universo
Volvamos al ejemplo de los árboles. Si no nos hemos adentrado demasiado en el bosque podemos ver hasta el borde del mismo, mirando aquí y allá entre los troncos de los árboles. Pero, ¿cómo se ve el borde? El bosque creció sin cultivar, tal vez comenzando con un árbol solitario en medio de una gran llanura. Abandonado a sí mismo, cada año el bosque se vuelve más grande, porque los árboles en el borde esparcen semillas a cierta distancia sobre la llanura. En el borde, los árboles del año pasado son pequeños retoños y los árboles de este año son plántulas. Cuanto más cerca estemos del borde, más jóvenes serán los árboles. Mirando desde las profundidades del bosque, no podremos ver los troncos de los árboles más jóvenes, porque las plántulas no son lo suficientemente altas. Los árboles jóvenes tendrán ramas frondosas hasta el final, porque en el borde del bosque todas las ramas exteriores están expuestas a la luz solar. En resumen, el borde del bosque debe ser más joven y verde, diferente del viejo y denso interior.
Con los telescopios podemos ver a lo lejos. Cuando vemos estrellas y galaxias distantes, no las vemos como son ahora, sino como eran cuando eran más nuevas, porque su luz tarda miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Cuanto más lejos están las estrellas, más nuevas eran cuando su luz comenzó su viaje hacia la Tierra.
En la década de 1950, los astrónomos registraron sus imágenes en placas fotográficas sensibles. Ahora graban las imágenes digitalmente usando un nuevo tipo de detector llamado dispositivo de carga acoplada (CCD). Estos detectores son 100 veces más sensibles que la película. La intensidad de la luz cae inversamente al cuadrado de la distancia. Por lo tanto, un telescopio antiguo, recién equipado con un CCD en lugar de placas fotográficas, puede ver diez veces más lejos. El telescopio Hale en la década de 1950 podía ver hasta 2.000 millones de años luz. Con un CCD en lugar de película, ahora puede ver potencialmente hasta 20.000 millones de años luz, pero más allá de unos 13.820 millones de años luz no hay más estrellas o galaxias para ver.
¿Significa esto que ahora podemos ver casi hasta el borde del universo? No precisamente. Podemos ver casi hasta el comienzo del universo. Las estrellas en sus primeras etapas se ven diferentes a las estrellas completamente formadas. Las primeras estrellas comenzaron como enormes nubes de gas frío. Hasta que estas nubes se contrajeron y calentaron bajo la acción de su propia gravedad, no emitieron luz. Eso los hizo tan invisibles a la distancia como las plántulas en el borde del bosque negro.
Las primeras estrellas se hicieron visibles cuando su calor alcanzó la temperatura de ignición del hidrógeno, su combustible nuclear. Las primeras estrellas no tenían elementos pesados que sirvieran como catalizadores para convertir hidrógeno en helio. No pudieron comenzar a arder hasta que la gravedad elevó su temperatura central a millones de kelvin. Cuando se queman, sus capas exteriores alcanzan un calor blanco azulado. Sin embargo, los vemos como miembros de galaxias de color rojo oscuro demasiado lejos para resolverse en estrellas individuales. Se ven rojos, no blancos azulados, porque la expansión enfría su luz. La luz de las estrellas más lejanas es la más fría. Aunque las estrellas más distantes se ven rojas cuando las fotografiamos, debemos recordar que estamos viendo las estrellas más tempranas. Ahora se ven rojos, pero cuando su luz comenzó a apagarse, hacía tanto calor que era de color blanco azulado.