Los colores de un CD. Parte III: Descomponiendo la luz

Ya he hablado en las entradas anteriores sobre la forma en la que un CD descompone la luz visible desplegando su espectro de colores. Alguien observador puede darse cuenta además de que el "arco iris" que vemos en el reflejo de un CD no siempre es igual.

La siguiente fotografía muestra un CD-ROM iluminado por una bombilla incandescente.


Mientras que en esta otra fotografía vemos el mismo CD bajo una lámpara fluorescente compacta (la típica bombilla de bajo consumo):



Vemos que en el segundo caso el espectro parece estar "hecho a trozos", mientras que en el primer caso es continuo, con transiciones suaves entre un color y otro. Está claro que cada tipo de fuente luminosa produce un espectro diferente.

El ojo humano no puede apreciar muchas diferencias entre la luz emitida por una lámpara halógena, una bombilla incandescente o una fluorescente. Como mucho distinguirá variaciones en la llamada temperatura de color o en la intensidad luminosa. Esto se debe a que el ojo no es capaz de distinguir todos los colores de los que está compuesta la luz que le llega, ya que cada cono es sensible a un rango bastante amplio de longitudes de onda. Nos perdemos mucha de la información que transporta la luz.

Ocurre que cuando un objeto produce luz, no lo hace con igual intensidad en todas las longitudes de onda. Algunos objetos, como un metal incandescente, producen un espectro continuo según un modelo conocido como ley de Planck; otros, como un láser, producen únicamente luz de una longitud de onda determinada (mi puntero, por ejemplo, es de 532 nm) y no emiten nada de luz de otro color. Aún más interesante es el caso de otras sustancias, como los gases ionizados o plasmas, que producen luz en ciertas longitudes de onda muy concretas, dando lugar a lo que se conoce como bandas o líneas de emisión. Un espectro de este tipo se llama espectro de emisión.

Lo realmente interesante del asunto es que un espectro de emisión es una especie de huella dactilar de la sustancia que lo ha originado. En concreto, cada elemento de la tabla periódica produce su particular serie de líneas que lo diferencian de los demás. Esto es algo muy conveniente, ya que más del 99 por ciento de la materia observable es plasma. Es plasma el fuego, los relámpagos, las auroras boreales, las estrellas, las nebulosas de emisión y el interior de las lámparas fluorescentes.

Volvamos a los colores reflejados en un CD. Con una colocación de la cámara más cuidada he hecho varias fotografías, como la siguiente:


Se aprecian perfectamente las bandas de emisión, desde el rojo hasta casi el violeta. Por debajo del rojo se comienza a repetir de nuevo la secuencia debido a la existencia de varios órdenes de difracción, como comenté en la entrada anterior. Si hacemos que la fuente de luz pase por una ranura estrecha, que puede estar hecha con un trozo de cartón, podemos lograr una mayor resolución en las líneas. Tras unos minutos de edición con GIMP he conseguido un espectro bastante presentable:



Vuelvo a la imprescindible Wikipedia para obtener la gráfica del espectro de emisión de una lámpara fluorescente. En la siguiente imagen muestro una superposición de la curva espectral obtenida mediante un espectrómetro digno de ser llamado así y del espectro que he obtenido mediante un CD, un trozo de cartón y una cámara digital. Como ves, coinciden perfectamente.


Según Wikipedia, las líneas 1, 2 y 5 son las correspondientes al vapor de mercurio de la lámpara, mientras que las demás son debidas a las tierras raras, como terbio y europio, que forman parte de los fósforos que recubren el interior del tubo. ¿Y qué demonios hacen esas sustancias en mi lámpara?. Supongo que debería hablar un poco de ello, aunque no sea el tema principal de este texto.

Una lámpara fluorescente, compacta o no, funciona más o menos así: se hace pasar una corriente eléctrica por dos filamentos de tungsteno, uno colocado a cada extremo del tubo. La resistencia del filamento hace que éste se caliente. Además, entre los dos filamentos existe una diferencia de potencial. Esto hace que se produzca el llamado efecto Edison o termoiónico, gracias al cual aparece una corriente de electrones que circulan entre los filamentos, atravesando el gas inerte de baja presión que contiene el tubo (normalmente argon o xenon). Esta corriente hace que el gas se ionice, debido al impacto de los electrones sobre los átomos de éste. Al ionizarse, estos átomos liberan más electrones que se unen a los que partieron de los filamentos, lo que produce un aumento rápido de la corriente que circula por el gas (efecto avalancha). En el tubo, además del gas noble existe una pequeña cantidad de vapor de mercurio cuyos átomos, debido a lo que se les viene encima, empiezan a emitir luz ultravioleta. Esta luz es absorbida por el recubrimiento de distintas mezclas de fósforos que tiene el tubo en su interior y reemitida en forma de luz visible debido a una propiedad llamada fluorescencia. El vidrio del tubo, además, es opaco a la luz ultravioleta, gracias a lo cual no sufrimos desprendimiento de retina al mirar hacia una lámpara fluorescente. Por cierto, es curioso saber que los fósforos son sustancias que no tienen nada que ver con el fósforo. Ni siquiera el mecanismo de emisión de luz es parecido. Pero no voy a desviarme más del tema

El hecho de que aparezcan lineas de emisión del mercurio en el espectro visible se debe al llamado desplazamiento de Stokes, por el que la longitud de onda predominante de la luz absorbida por una sustancia fluorescente aparece también en la luz que ésta emite, pero desplazada a una longitud de onda más larga.

Bien. Todo este rollo para explicar por qué aparecen unas bandas de colores el los reflejos de un CD. Pero pensemos sobre ello: hemos observado las líneas espectrales producidas por la luz de un gas en estado de plasma al descomponerse en una rejilla de difracción. Esto es exactamente lo que hacen los astrofísicos para conocer la composición química, entre muchas otras cosas, de estrellas y nebulosas. Gracias a esas líneas conocemos las reacciones que se producen en las estrellas, podemos calcular la distancia de las galaxias más lejanas o conocemos la edad y el tamaño del Universo. No hay que menospreciar los pequeños detalles que observamos en la vida cotidiana.