La escena retrospectiva fue inminente y la comparación irresistible. En un popular centro comercial de El Paso, Texas, fui testigo de cómo una joven dependienta vertía nitrógeno líquido sobre una golosina para el consumo de niños y adultos llamada “Aliento de Dragón”, quienes al comerla se convertían en auténticos dragones humanos, echando humo blanco por boca y nariz. Yo mismo pedí mi vaso con bolitas de cereal de colores bañadas en nitrógeno (en absoluto económico) y me dispuse a humear.
Lo interesante, divertido y vistoso de la experiencia es definitivamente la emisión misma de humo abundante, no precisamente el sabor de las bolitas de cereal, que deduje deben tener la porosidad mínima para poder absorber el nitrógeno en forma líquida y favorecer su rápida evaporación a la temperatura ambiente sin retenerlo, creando el vistoso efecto sobre todo en las caras de los emocionados y “humeantes” niños.
Si el nitrógeno líquido permaneciera en las bolitas, boca y garganta se verían seriamente dañadas, resultando en tragedia, como la reportada en Pensacola, Florida en el 2017 en una feria estatal, cuando el nitrógeno en forma líquida cayó directamente en el pulgar de una niña con consecuencias severas. El Aliento de Dragón puede volverse peligroso.
Este mismo nitrógeno líquido para diversión de toda la familia en un centro comercial lo conocí por primera vez en una de sus aplicaciones científicas como refrigerante, en el Observatorio Astronómico Nacional (OAN) de San Pedro Mártir, México en los años noventa. Dos estudiantes del posgrado de astrofísica de la UNAM acompañamos entonces al Dr. Alejandro Ruelas Mayorga, quien gentilmente nos invitó a realizar nuestras primeras observaciones en el famoso telescopio de 2.1 metros del OAN.
El proyecto de investigación consistía en analizar a través del infrarrojo la Ventana de Baade, una zona de baja absorción interestelar en la dirección del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que como su nombre lo indica representa una entrada, una “ventana” a la densa región estelar que contiene el núcleo de la galaxia, el bulbo galáctico. La cámara infrarroja, un instrumento colocado en la base del telescopio especialmente diseñado para detectar las emisiones asociadas al calor, necesita ser enfriada previamente a temperaturas de -200 grados centígrados (200 grados bajo cero) para cumplir su objetivo científico. El nitrógeno líquido es el recurso natural para este propósito en los observatorios astronómicos terrestres, pues tiene una temperatura de por lo menos -196 grados centígrados a la presión de una atmósfera (en el espacio los telescopios infrarrojos, como el Telescopio Espacial Spitzer, pueden ser enfriados a temperaturas aún más bajas, con helio líquido).
Me resultaba curioso cómo la imagen de la dependienta del centro comercial, usando unos delgados guantes de látex como mínima protección para manipular el nitrógeno líquido con soltura y confianza, contrastaba con aquella del Dr. Ruelas advirtíendonos: “Pónganse los guantes y conecten las mangueras con muucho cuidado”, “Asegurénse de conectar bien la manguera del tanque a la botella criogénica…¡ no se vayan a quemar !” Los guantes eran bien gruesos y jamás vimos el nitrógeno directamente, sólo sabíamos que fluía a presión del enorme tanque de depósito al contenedor criogénico de la cámara infrarroja mientras lo llenábamos, a través de una manguera especial. En el centro comercial, todo mundo ve el nitrógeno líquido humeante, al estilo de las brujas preparando una maléfica poción en un perol. Es manipulado de manera casi natural, como si fuera agua, al bañar las bolitas de cereal de colores.
En el observatorio, es necesario enfriar drásticamente los detectores para evitar que el calor intrínseco de los instrumentos mismos introduzca “ruido” en las observaciones. Detectar y medir fuentes infrarrojas en el cielo (protoestrellas, polvo interestelar, etc.) con un detector a temperatura ambiente sería equivalente a detectar y medir el brillo de una estrella teniendo intensos focos prendidos dentro y fuera del observatorio. Toda esta luz contaminaría aquella del objeto que intentamos medir. Lo mismo en el infrarrojo, el calor producido por la cámara misma a temperatura ambiente contaminaría la emisión de calor del objeto astronómico que intentamos estudiar. Es por eso que se tiene que enfriar a temperaturas extremadamente bajas. Fuentes infrarrojas en astronomía son el Sol mismo, el polvo interestelar, la nebulosa de Orión e incluso galaxias donde existen agujeros negros rodeados por discos de acreción.
William Herschel, el gran astrónomo observacional, cazacometas, descubridor del planeta Urano y de la forma plana de nuestra galaxia por conteos estelares, reportó por primera vez la existencia de la radiación infrarroja en 1800, como sabemos hoy, una forma particular más de radiación electromagnética, es decir “luz” de baja energía, invisible a nuestros ojos, pero similar a y tan real como la luz visible ordinaria, las microondas y los rayos X. Todas estas formas de radiación electromagnética viajan por supuesto a la misma velocidad en el vacío, 300,000 km/s, la velocidad de la luz.
Nuestra atmósfera filtra la mayor parte del infrarrojo proveniente del espacio, y sólo tenemos acceso desde la superficie a ciertas “ventanas” disponibles en el llamado infrarrojo cercano, que nos permiten detectar objetos cuya radiación tiene una longitud de onda de, por ejemplo, 1.2, 3.5, 4.8 o 10 micras (una micra es la milésima parte de un milímetro), siempre y cuando el observatorio esté localizado en un sitio muy elevado, en la cima de una montaña muy alta, evitando el vapor de agua (nubes) que absorbe el infrarrojo en general. Son las únicas ventanas infrarrojas disponibles desde tierra. Más allá de 10 micras de longitud de onda, en el infrarrojo lejano (que va de 10 micras a 1 milímetro), simplemente no podemos detectar nada porque la atmósfera (dióxido de carbono, vapor de agua) absorbe toda la radiación de calor proveniente de fuentes astronómicas. Hay que poner nuestros observatorios fuera de la atmósfera, en el espacio. Los más famosos telescopios infrarrojos han estado o están en el espacio (IRAS, ISO, Akari, Telescopio Espacial Spitzer, WISE).
Ni el nitrógeno (N) ni la radiación infrarroja son ajenos al cuerpo humano. El primero lo respiramos todos los días al ser el principal componente de nuestra atmósfera (78% nitrógeno, 21% oxígeno, 1% argón), pero así como lo inhalamos, lo exhalamos sin absorberlo; es un gas inerte. Por otro lado, a nuestra temperatura corporal de equilibrio de 37.5 grados centígrados, los humanos radiamos naturalmente energía infrarroja, como lo predice el formalismo físico de la radiación de cuerpo negro y la ley de Wien. Esta es la razón de por qué el cuerpo humano “brilla” en plena oscuridad cuando es observado a través de dispositivos de visión térmica o cámaras infrarrojas (¿ recuerdan cómo El Depredador en el cine ve a sus víctimas sin que ellas lo perciban ?). El infrarrojo nos delata.
Y mientras los colegas astrónomos infrarrojos internacionales estudian tales fuentes cósmicas, por ejemplo, con CAMILA en el OAN de San Pedro Mártir, Baja California, yo iré por otro vaso de Aliento de Dragón.
Este universo es único.
Ponente. Investigador.
Maestría en Astronomía (UNAM | NMSU) y Doctor en Astronomía por la Universidad Complutense de Madrid (UCM)
Fundador de la Sociedad Astronómica Juarense, Cofundador del Proyecto Abel, Miembro de la Sociedad Mexicana para la Divulgación de la Ciencia y la Técnica, Miembro de la American Astronomical Society y Profesor de tiempo completo de Astronomía en UTEP.
