DOPPLER, EFECTO

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 Austríaco 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.