La predicción de las ondas electromagnéticas
hecha por Maxwell y la demostración de su
existencia hecha por Hertz, hizo que varios
científicos especularan que los objetos celestes,
como el Sol y las estrellas, podrían generar
ondas de radio. Los siguientes científicos
pusieron los cimientos para el descubrimiento posterior
de la radio astronomía. Haga un click en
cada uno para ver un resumen sobre sus contribuciones.
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Entre las décadas de 1860 y 1870, James Clerk Maxwell
desarolló la teoría de las fuerzas eléctrica
y magnética, y las resumió en sus cuatro famosas
ecuaciones. Estas ecuaciones contenían todo lo
que se había descubierto acerca de la electricidad y
del magnetismo en los experimentos hechos pocos siglos antes
por Faraday, Volta, entre otros.
Ellos demostraron que la electricidad y el magnetismo son dos
aspectos de la misma fuerza. Las ecuaciones también
predecían que debería haber una forma de
radiación, la cual llegó a ser conocida como
radiación electromagnética. Maxwell
se percató de que la luz era una forma de
radiación electromagnética.
En 1862 él escribió:
"Nosotros apenas podemos evitar la conclusión de que la luz consiste de
ondulaciones transversales del mismo medio, siendo la causa del fenómeno
eléctrico y magnético."
Las ecuaciones pronostican que la radiación electromagnética
puede existir con cualquier longitud de onda. Los diferentes colores
de luz tienen longitudes de onda inferiores a una milésima de
milímetro. Pueden haber longitudes de onda más largas.
Lea más sobre Maxwell. (tomado de la Universidad
de St. Andrews en Escocia)
Heinrich Hertz (1857-1894)
En 1888, Heinrich Hertz construyó un aparato que podía transmitir
y recibir ondas electromagnéticas de 5 metros de longitud.
Él usó una bobina para generar una chispa de alto voltage
entre dos electrodos que servirían como transmisor. El detector
era una rueda de alambre con una pequeña abertura. Una chispa en el
transmisor produce ondas electromagnéticas que viajan hacia el detector,
produciendo una chispa en la abertura.
Él demostró que las ondas eran polarizadas, y que
podían interferir unas con otras, justamente como se
pronosticó con su teoría.
Lea más sobre Hertz (y otros pioneros de la electrónica)
Thomas Alva Edison (1847-1931)
Una vez que Hertz había demostrado la existencia de la
radiación electromagnética, la posibilidad de recibir tal
radiación de objetos celestes, se les ocurrió a muchos
científicos.
Parece que Edison fue el primero que propuso un experimento para
detectar las ondas de radio del Sol.
La evidencia de ésto es una carta enviada en 1890 al "Observatorio Lick"
por Kenelly, quien trabajó en el laboratorio de Edison.
Describió cómo construir
un detector enredando varios cables alrededor de una masa de acero.
No hay ninguna prueba de
que el experimento fuera llevado a cabo, pero no pudo haber sido
un éxito. En retrospectiva, el aparato propuesto
sería muy insensible, y solamente podría
detectar longitudes de onda muy largas. La ionósfera
prevendría de que tales ondas largas alcanzaran
la superficie de la Tierra. (La predicción de una
capa reflectora en la parte superior de la atmósfera,
la ionósfera, fue hecha por Kenelly y Heaviside en 1902).
Carta reproducida de "The Evolution of Radio Astronomy", por J.S.Hey,
Science History Publications, 1973. También mira C.D.Shane,
Pub.Astron. Soc. Pacific 70,303, 1958.
Más acerca de Edison:
Sir Oliver J. Lodge (1851-1940)
Sir Oliver Lodge hizo muchas innovaciones en los primeros
instrumentos de radio, inventando un mejor radio detector,
introduciendo el uso de circuitos calibrados, e inventando el
alto parlante. Entre 1897-1900, Lodge intentó detectar
ondas de radio del Sol. Lea su
descripción del experimento.
La "mancha de luz"a que se refiere Lodge es un galvanómetro
reflector. El experimento fue sensible a una onda de radiación
de un centímetro, que puede penetrar en la ionósfera.
En retrospectiva, su aparato probablemente no era lo suficientemente
sensible para haber detectado al Sol. De cualquier forma, habían
demasiadas fuentes de radio interferencia en Liverpool para que el
experimento fuera un éxito.
Carta reproducida de "Classics in Radio Astronomy", por W.T.Sullivan,
Reidel, 1982. Original en Lodge: "Signalling across space without wires",
The Electrician Publ.Co., Londres, 1900.
Lea más sobre Lodge.
Wilsing y Scheiner
Johannes Wilsing (1856-1943) y Julius Scheiner (1858-1913) eran
astrofísicos que tuvieron la distinción de ser los
primeros en escribir y publicar adecuadamente su intento de detectar las
radiaciones de radio del Sol (Ann.Phys.Chem.59,782, 1896, en Alemán).
El diagrama de su experimento, a la derecha, es de "Classics in Radio
Astronomy" por W.T. Sullivan, Reidel, 1982. Ellos hicieron su
experimento durante ocho días, y no pudieron detectar ninguna
señal que podría estar asociada con el Sol. Creyeron
que su intento había fallado por la absorción de ondas
de radio en la atmósfera (estaban equivocados).
Charles Nordman
Charles Nordman, un estudiante francés de posgrado, dedujo
que si las ondas de radio eran absorbidas por la atmósfera,
como pensaban Wilsing y Scheiner, la solución sería
ir a mayores altitudes.
Él colocó una antena de alambre largo en un glaciar
en Mont Blanc, aproximadamente a 3100m (más o menos 10,000 pies).
En retrospectiva nosotros sabemos que la antena habría sido
sensible a estallidos de radio de baja frecuencia, que venían
del Sol, y que podría haber sido capaz de detectarlos.
Estos estallidos ocurren con más frecuencia durante el
máximo Solar, pero desafortunadamente el Sol estaba en
el mínimo Solar en 1900. Esta vez tampoco hubo
detección. El experimento de Nordman fue publicado
en Comptes Rendus Acad.Sci., vol.134, página 273, 1902.
(Reimpreso en Inglés en "Classics in Radio Astronomy" por W.T. Sullivan,
Reidel, 1982).
Estos infructuosos intentos de encontrar ondas de radio solares
pudieron haber disminuído el interés de hacer
más experimentos. Pero también es posible que
los importantes adelantos teóricos de Planck y Heaviside
jugaran un gran papel.
Max Planck (1858-1947)
La historia dice que cuando Max Planck era un estudiante en
la Universidad de Munich, su asesor le recomendó que no
se preocupara por hacer una maestría en Física,
porque ya todos los problemas habían sido resueltos.
Afortunadamente él no hizo caso a este consejo.
Más tarde encontró un problema no resuelto,
concretamente la explicación teórica
del "cuerpo negro", o curvas de radiación térmica.
Se sabía que al calentar objetos densos a altas temperaturas,
éstos emiten energía, y que la curva de intensidad
versus la longitud de onda siguen una curva como se ilustra
aquí. Mientras más alta es la temperatura, la
longitud de onda es más corta en el tope de la curva.
Planck trabajó en buscar la manera de derivar esta
curva de radiación térmica, partiendo de una teoría
de absorción y emisión de radiación de la materia.
La teoría requería que la energía sea emitida
o absorbida en paquetes pequeños, o "cuantos" de
energía. Éste fue un gran avance en la
Física y guió a posteriores desarrollos de
la teoría cuántica para explicar todos los
fenómenos electromagnéticos.
El espectro de la luz del Sol se asemeja mucho a una curva de
radiación térmica. Si se aplica la teoría
de Planck para predecir la cantidad de radiación que
podríamos recibir del Sol en la parte del radio espectro
(longitudes de onda de 10 a 100 cm de alcance), la radiación
sería muy débil: demasiado débil para ser
detectada por cualquier receptor disponible en 1990.
Esta predicción téorica, junto con el fracaso
de los experimentos para detectar al Sol, pueden haber disuadido
intentos posteriores.
Lea más acerca de Planck.
(de la Univ de St.Andrews, Scotland)
Oliver Heaviside (1850-1925)
Heaviside y Kennelly, en 1902, predijeron que debía haber
una capa ionizada en la parte más alta de la atmósfera
que reflejaría las ondas de radio. Ellos vieron
que ésta sería muy útil para la
comunicación de larga distancia, permitiendo que
las señales de radio viajen a partes distantes de
la Tierra y que reboten de la parte inferior de esta capa.
La existencia de la capa, ahora conocida como la capa de Heaviside o
la ionósfera, se demostró en los años de 1920.
Si las ondas de radio rebotan desde adentro de la ionósfera,
entonces también deben rebotar desde afuera. Así que
cualquiera de las ondas de radio de afuera de la Tierra no
entrarían a la superficie -- rebotarían nuevamente
hacia el espacio. Si las ondas de radio rebotan del interior de la
ionósfera, entonces también deben rebotar del exterior.
Las predicciones de Heaviside, combinadas con la teoría de
radiación de Planck, probablemente desanimaron a que se hagan
nuevos intentos para detectar las ondas de radio del Sol y otros
objetos celestes. Por una u otra razón, no se hizo
ningún otro intento durante 30 años, hasta el
inesperado descubrimiento de Jansky en 1932.
Después se descubrió que la reflexión
de la ionósfera dependía mucho de la frecuencia
(o longitud de onda). Refleja casi toda la radiación
de frecuencia inferior a 20 MHz. Pero la ionósfera no
es una barrera para las frecuencias superiores a 50MHz. La Radio
Astronomía tuvo que esperar al desarollo de los receptores
de radio de alta frecuencia.
Lea más sobre Heaviside.
(de la Univ de St.Andrews, Escocia)
Guglielmo Marconi (1874-1937)
Marconi mejoró los diseños de los receptores,
y transmisores de radio, y desarrolló los primeros
sistemas prácticos de comunicación de larga
distancia por radio. En 1901, él fue el primero en
enviar y recibir señales a través del mar,
desde Newfoundland a Cornwall. El servicio comercial de
teléfonos de radio estuvo disponible después de varios
años, como resultado de sus primeros esfuerzos. En los
años del 1930, la compañía de teléfonos
Bell trataba de mejorar su servicio de telefonía
transatlántica, cuando le asignaron a Karl Jansky la
investigación de las fuentes de ruidos de radio,
llevándole a su descubrimiento de las ondas de radio
de la Vía Láctea.
Algunas Biografías de Marconi:
Créditos:
Fotografías de Maxwell, Planck, Heaviside: Escuela de
Matemáticas y Estadística, Universidad de St.Andrews,
Scotland. [http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/history/Mathematicians/]
Ecuaciones de Maxwell: Halliday y Resnick, "Physics for
students of science and Engineering", Wiley 1962.
Hertz: de "Astronomy" por Fred Hoyle, Crescent Books, 1962.
Edison: de K-12 Teaching and Learning Center web site:
[http://tlc.ai.org/edison.htm], También la
Institución de Franklin [http://sln.fi.edu/franklin/inventor/edison.html]
El diagrama de radiación de curvas de Chaisson y
McMillan, "Astronomy, a beginners guide to the Universe", Prentice Hall, 1998.
Lodge: IEE/DERA, www.dera.gov.uk/iee/lodge.jpg; and
das-fotoarchiv.com/lautspre/erfinder.jpg.
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Recopilado por F. Ghigo, Observatorio Nacional de Radio Astronomía, Green Bank,
West Virginia. última actualización Julio 10 del 2001.
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Wednesday, 26-Mar-2003 16:10:32 MST
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