Lo respiramos y llevamos su peso sobre nuestros hombros, pero no lo vemos. La evolución y la física se unen para explicar este fenómeno

Vivimos en el fondo de un océano de aire, que no es otro que la atmósfera. Este aire es rico y complejo, contiene sustancias que respiramos y expulsamos, y descansa/reposa sobre nosotros en todo momento, la masa de aire que ejerce presión sobre una persona media equivale aproximadamente a una tonelada. A pesar de esto, el aire es a nuestros ojos completamente transparente. Lo sentimos y lo vemos ejerciendo fuerza sobre otros objetos pero, por lo general, no podemos verlo directamente.

¿Cuál es la razón? Para entender este fenómeno, primero debemos explicar por qué ciertos objetos nos parecen transparentes. La respuesta radica en el comportamiento de la luz visible. Cuando la luz incide en una sustancia, puede atravesarla, rebotar y ser reflejada, o ser absorbida por ella. Si se refleja o es absorbida, veremos el material. Por el contrario, si la luz pasa sin toparse con obstáculos, el material será transparente para nosotros. Muchos materiales no son completamente opacos ni transparentes, sino que combinan los dos, por ejemplo, las vidrieras que al ser translúcidas percibimos su existencia al tiempo que vemos a través de ellas.

Evolución de la luz

La primera razón por la que el aire nos parece transparente es su estado físico gaseoso. En estado gaseoso, las partículas de materia, las moléculas, casi no tienen contacto entre sí. Por ello, las moléculas de gas tienden a estar muy separadas entre sí en comparación con las de los líquidos y sólidos, y la luz pasa a través de ellas casi sin impedimentos.

Pero esta es sólo una parte de la explicación, ya que no todos los gases son transparentes y podemos ver el vapor de agua o los óxidos de nitrógeno, uno de los componentes de la contaminación atmosférica. La segunda y principal razón que explica la transparencia del aire es que el espectro de radiación electromagnética visible para el ojo humano se ve limitado aún más por el reducido rango de ondas que logran penetrar en la atmósfera terrestre.

El Sol emite una gama muy amplia de radiación electromagnética, que va desde los rayos gamma y los potentes rayos X, cuyas longitudes de onda son extremadamente cortas, hasta las ondas de radio largas y de movimiento lento cuya longitud de onda alcanza numerosos kilómetros. Sin embargo, el rango de longitudes de onda de la luz visible es mucho más limitado: comienza en 350 nanómetros (miles de millones de metros), la luz que reconocemos como violeta, y llega hasta 750 nanómetros, la luz roja. Se trata de una parte mínima de toda la luz que llega a la tierra.

הטווחים של אורכי הגל שהאטמוספרה מסננת (בחוּם) ושעוברים דרכה ומגיעים אל פני כדור הארץ | איור: (ESA/Hubble (F. Granato

הטווחים של אורכי הגל שהאטמוספרה מסננת (בחוּם) ושעוברים דרכה ומגיעים אל פני כדור הארץ | איור: (ESA/Hubble (F. Granato 

La atmósfera de la Tierra bloquea la mayoría de las longitudes de onda impidiéndoles llegar a la superficie de la Tierra. Las ondas muy cortas (como los rayos gamma, los rayos X y la mayor parte del espectro ultravioleta) y las ondas muy largas (por ejemplo, los rayos infrarrojos) son bloqueadas en la parte superior de la atmósfera por la capa de ozono y el vapor del agua en el aire. Por ello, casi toda la radiación que llega a la superficie está en el espectro visible, o en el espectro de ondas de radio muy largas.

Pero ¿por qué vemos precisamente este rango de ondas, y no todas las frecuencias de luz que llegan a la superficie de la Tierra? La razón radica en la evolución de nuestro sistema visual. En la retina existe una proteína llamada rodopsina que se encarga de absorber la luz y convertirla en señales eléctricas que recibe el cerebro, y éste es el que nos permite diferenciar entre longitudes de onda de luz y ver colores. En el ojo humano hay tres configuraciones de rodopsina que son sensibles a los colores rojo, verde y azul, y una que se utiliza para la visión nocturna.

Las proteínas de la rodopsina humana son casi idénticas a las que tienen todas las criaturas que ven en todo el reino animal, como los peces de colores, las gallinas y las moscas. Además, la rodopsina también está presente en determinadas bacterias, que la utilizan para acercarse o evitar las fuentes de luz. Por eso se presupone que estas bacterias son la fuente de todas las proteínas de rodopsina en el reino animal. La implicación evolutiva es que la rodopsina probablemente evolucionó una única vez en un ancestro común a todos los organismos multicelulares, y no ha cambiado mucho a lo largo de los años. A pesar de que existen distintos tipos de rodopsina, su estructura la limita a la absorción de luz visible únicamente y, por lo tanto, no podemos ver otras longitudes de onda.

Ver lo invisible

A pesar de esto, existen fenómenos en la naturaleza que nos permiten reconocer la presencia de aire. Se basan en el hecho de que el aire que se encuentra en diferentes grados de presión o densidad puede comportarse como capas separadas. Por ello, cuando la luz pasa de una capa a otra, puede desviarse o refractarse.

Un ejemplo de esto es el fenómeno conocido como fata Morgana, ilusión óptica o espejismo. Ocurre en días particularmente calurosos, en los que hay aire caliente situado por debajo de aire más frío; por ejemplo, la capa de aire sobre una carretera abrasadora estará más caliente que la capa de aire que está por encima de ella. La densidad del aire en la capa caliente es menor que la del aire frío sobre ella. Dado que la luz se mueve más rápidamente en el aire ligero y caliente, y lentamente en el aire frío y espeso, se refracta o refleja según pasa entre las capas. Cuando la luz pasa entre el aire caliente y el aire frío se refracta o refleja, y nuestro cerebro interpreta esta refracción como "agua en pleno desierto".

אשליה שנובעת מהבדלי הטמפרטורות בין שכבות האוויר. פאטה מורגנה (מיראז') במדבר בלוב | צילום: DAVID PARKER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

אשליה שנובעת מהבדלי הטמפרטורות בין שכבות האוויר. פאטה מורגנה (מיראז') במדבר בלוב | צילום: DAVID PARKER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Otro fenómeno similar es el efecto Schlieren. De forma similar al efecto fata Morgana, en este caso también hay una refracción de la luz que se produce debido a un cambio en las propiedades físicas de las capas en el aire, en este caso la presión atmosférica. El efecto Schlieren es mucho más sensible que la fata Morgana, ya que permite percibir diferencias de presión muy pequeñas, producto del movimiento de objetos o diferencias en la composición de diversos gases. Cuando el aire fluye alrededor de un objeto en movimiento, por ejemplo, una bala en vuelo, se crean diferencias de presión y densidad que cambian ligeramente la trayectoria por la que pasa la luz. Por lo tanto, a veces podemos percibir el movimiento del aire alrededor de los objetos en movimiento

מאפשר לראות זרימה של אוויר. צילום של אפקט שלירה בתנועה על קולית של אוויר סביב גליל במנהרת רוח | צילום: DR. GARY SETTLES / SCIENCE PHOTO LIBRARY
מאפשר לראות זרימה של אוויר. צילום של אפקט שלירה בתנועה על קולית של אוויר סביב גליל במנהרת רוח | צילום: DR. GARY SETTLES / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Estos fenómenos nos permiten ver el aire transparente, aunque sea brevemente. Pero como hemos explicado, el resto del tiempo estamos limitados por las longitudes de onda que nos hemos adaptado a ver a lo largo de muchas generaciones evolutivas, y por aquellas que logran penetrar a través de la atmósfera de nuestro mundo. El resto solo lo podemos ver usando dispositivos especiales, como radiotelescopios y detectores especiales.

 

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