Óptica geométrica (Parte XX)

in #steemstem4 years ago (edited)


En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de steemit, seguimos con el vínculo entre la óptica y la geometría, es decir, la óptica geométrica.

Introducción


Continuamos con la interesante búsqueda de todos aquellos rayos o radiaciones invisibles a nuestros ojos, este carácter de imperceptibilidad no ha bloqueado nuestro interés sobre estas manifestaciones de energía, bien sea para protegernos de ellos en caso de las radiaciones con capacidad de ionización, o para aprovechar sus importantes cualidades en numerosas actividades de nuestra cotidianidad, es decir, sus aplicaciones en distintas áreas del desarrollo humano.

En los dos anteriores artículos nos hemos relacionado con otras formas de rayos o radiaciones cuya naturaleza no es electromagnética, y las mismas se han denominado radiaciones corpusculares, de manera general siempre debemos tener en cuenta que cualquier forma de radiación la podríamos identificar como aquella energía que se propaga de un determinado espacio-tiempo a otro.

Pero es importante decir, que para identificar cada conjunto de rayos o radiaciones de acuerdo a su naturaleza debemos expresar, que las electromagnéticas mediante su propagación no poseen masa alguna, es decir, solo contienen y transportan energía, en cuanto al otro conjunto de rayos o radiaciones, sí poseen cantidad másica en el proceso de propagación de la referida energía.

Los rayos alfa (α) constituyeron nuestro punto de inicio del análisis de las radiaciones corpusculares, y de ellos pudimos notar que se encuentran conformados por dos protones y dos neutrones, es decir, un átomo de Helio, y de los rayos o partículas beta (β) pudimos observar que los mismos son electrones con velocidad cercana a la de la luz visible, y ambas radiaciones corpusculares con capacidad de ionizar a la materia con la que pueden hacer contacto, uniéndose a la familia en la cual se encuentra radiaciones electromagnéticas como rayos X y rayos gamma.

Al igual que en los anteriores artículos seguimos con el principio de la conceptualización de rayos o radiaciones cuya propagación es rectilínea y en forma de ondas, y muy importante seguir utilizando cualquier tipo de conocimiento obtenido de nuestro esencial espectro electromagnético, dicho espectro (en especial la fracción espectral de la luz blanca o visible) ha constituido la base fundamental con la que hemos logrado comprender gran parte de nuestro muy complejo universo.

En esta oportunidad analizaremos de manera general a los súper ultra energéticos rayos cósmicos, sí esas partículas que han viajado por muy largo tiempo en nuestro espacio exterior, y cuyo promedio aproximado es de 10 millones de años en promedio aproximadamente, hablaremos de algunas fuentes de generación de este tipo de rayos o radiaciones ultra ionizantes, uniéndose de esta forma a la ya mencionada familia de radiaciones con capacidad de ionización, en donde se encuentran; los rayos X, gamma (ƴ), alfa (α), beta (β) y ahora los súper ultra potentes rayos cósmicos, estos últimos los más ionizantes y penetrantes de todos.

Lo antes expuesto llamaría mucho la atención, ya que manifestar que estos rayos son más energéticos que los rayos gamma es mucho decir, sin embargo, a pesar que en cualquier momento o instante en donde nos encontremos innumerables de estos rayos o radiaciones están haciendo contacto con la corteza terrestre e incluso con nuestro cuerpo, pero para nuestra fortuna nuestra atmósfera sirve de escudo a estas radiaciones súper ionizantes, y la radiación cósmica que logra colarse no genera hasta ahora un riesgo significativo para nosotros.

A diferencia de los poderosos rayos gamma que no poseen masa y por ello son radiaciones electromagnéticas, los rayos cósmicos poseen masa, y por lo tanto, son partículas que transportan a la más energética de las radiaciones conocidas hasta ahora, y su fuente de generación es obvio que no es terrestre, e inclusive se ha manifestado que los más energéticos de estos rayos provienen de fuera de nuestra galaxia (Vía Láctea), por lo tanto, son extremadamente cósmicos.

Al principio a estas radiaciones se les denomino rayos cósmicos, ya que para la época se creía que estas manifestaciones energéticas era de naturaleza electromagnética vinculada específicamente a los rayos gamma de muy alta energía, sin embargo, en nuestra actualidad ya con la experiencia de tantos estudios podríamos denominar a esta radiación como partículas ultraenergéticas, sin embargo, toda persona relacionada a esta área cuando se habla de rayos cósmicos saben a qué nos estamos refiriendo.

Es muy importante mencionar que hasta este momento no se ha encontrado un límite para estos rayos o radiación cósmica en cuanto a la energía que los mismos poseen, representando lo antes expuesto todo un reto para el mundo de la ciencia, debido a que lo más natural (según teorías físicas) es que la energía de este tipo de radiación cósmica se comportase de manera similar que lo hacen las partículas de un gas, siguiendo la distribución establecida por Maxwell, sin embargo, con estos rayos no ocurre de esta manera.

El origen de este tipo de rayos o radiaciones sigue siendo un misterio sobre todo aquellas radiaciones ultraenergéticas, pero el campo de búsqueda de dicho origen es permanente, sin embargo, se ha determinado que una de las principales fuentes de generación de estos rayos sobre todo los de baja energía provienen de nuestro astro central el Sol, en cuanto a otros rayos cósmicos con más carga energética es posible que provengan de nuestra galaxia en actividades tales como las desarrolladas en una supernova.

Las radiaciones cósmicas con la mayor carga energética aún no se ha determinado su origen, ya que ninguna de las actividades desarrolladas dentro de nuestra galaxia ha sido capaz de generar tal carga energética en las partículas expulsadas, por lo tanto, la búsqueda se ha enfocado fuera de nuestra Vía láctea.

Los rayos cósmicos


Ya hemos expresado que las radiaciones corpusculares son aquellas que se desplazan o se propagan en forma de partículas subatómicas con cierta cantidad másica, tal y como lo pudimos observar en el análisis de los rayos alfa (α) y beta (β), por lo tanto, en esta oportunidad conoceremos de manera general a otro tipo de radiación corpuscular, es decir, radiación de partículas subatómicas con cantidad de masa y con capacidad ionizante.

Al hablar de los rayos cósmicos cualquiera de nosotros los relacionaríamos con cualquier tipo de rayo o radiación procedente de nuestro universo exterior, es decir, fuera de nuestro planeta Tierra, y sí, estos rayos cósmicos los podemos definir rápidamente como todas aquellas partículas que bombardean al planeta desde todas las direcciones, y dichas partículas provienen de algún lugar de nuestro sistema Solar o de nuestra galaxia (Vía Láctea) e inclusive más allá de esta última.

Pero recordemos que muchas formas de rayos o radiaciones tienen como origen tanto nuestro sistema Solar como nuestra galaxia, tal y es caso de los poderosos rayos gamma y la misma corresponde al espectro electromagnético, en un principio el nombre de rayo cósmicos se debió a que inicialmente se pensaba que esta radiación era de naturaleza electromagnética, específicamente rayos gamma de muy alta energía, aunque se conservó dicho nombre, en la actualidad, podríamos denominarlas fácilmente partículas con ultra alta energía, sin embargo, los encargados del estudio de esta radiación se enfocan cuando se habla de rayos cósmicos.

Lo antes expuesto nos lleva a expresar que los rayos gamma representan las radiaciones de mayor carga energética dentro de las radiaciones electromagnéticas, y por lo tanto la de menor longitud de onda, además la de mayor capacidad de penetrabilidad al entrar en contacto con la materia, por lo tanto, entre las radiaciones corpusculares tenemos que los rayos cósmicos son los más energéticos y penetrantes de esta familia de partículas con carga másica, y entre los rayos gamma y rayos cósmicos, estos últimos representan las radiaciones de mayor carga energética que el hombre ha encontrado en el universo.

Entonces, cuando hablamos de este tipo de radiación corpuscular podemos decir que se trata de una radiación de partículas que constantemente chocan o bombardean nuestro planeta desde cualquier direccionalidad y las mismas procedente de nuestro universo o cosmo exterior, lo importante es resaltar que gracias a la acción de nuestra atmósfera (La misma actúa como un escudo protector de estos rayos cósmicos) esta radiación altamente energética no constituye hasta ahora un peligro para nosotros, aunque debemos decir que muchos de estos rayos logran atravesar dicho escudo de la tierra, los mismos llegan con cargas energéticas con una baja dosis para nuestro organismo.

Aunque en la actualidad aún se desconoce con certeza el origen y la formación de los rayos cósmicos, sobre todo de aquellos de ultra alta energía, podemos decir que los mismos están constituidos esencialmente por protones y núcleos sin electrones y que además viajan con gran carga energética, la mayor parte de estos rayos viajan a una velocidad por debajo de las obtenidas en aparatos destinados a acelerar particular de manera artificial en la Tierra, sin embargo, existen rayos cósmicos cuya velocidad y carga energética superan ampliamente a los valores obtenidos en los aceleradores artificiales antes mencionados.

Los rayos cósmicos de baja energía provienen de fuentes naturales como el Sol, así como de otras estrellas cercanas a nuestro planeta Tierra, a continuación observaremos la emisión de esta radiación hacia nuestro planeta desde el Sol en la siguiente figura 1.


En relación a los rayos cósmicos más energéticos, es decir, los de mediana capacidad de cantidad de energía, podemos decir que estos pudiesen venir de explosiones de estrellas o supernovas, o de otras actividades violentas desarrolladas en nuestra galaxia, a continuación observaremos la imagen de una supernova como posible fuente de generación de rayos cósmicos de mediana capacidad energética en la siguiente figura 2.

Figura 2. Explosión de Supernova como posible fuente de generación de rayos cósmicos de mediana intensidad energética. Imagen de dominio público, Autor: NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair


En cuanto a los rayos cósmicos de ultra alta energía podemos decir que existe alguna evidencia que los mismos deben originarse fuera de nuestra galaxia (Vía láctea), ya que en la actualidad aún se ignora no solo el mecanismo que nuestra naturaleza implementa para acelerar dichas partículas hasta llegar a energías de 100 millones de veces por encima que las logradas en laboratorios ubicados en nuestro planeta, también desconocemos los lugares donde se encuentran dichos aceleradores de estas partículas, a continuación una posible fuente de generación de rayos de ultra alta energía en la siguiente figura 3.


Es importante señalar que las propiedades de estos rayos cósmicos de ultra alta energía se han logrado medir por medio de la detección de las denominadas cascadas atmosféricas, las cuales se originan cuando las partículas primarias de estos rayos interactúan o chocan con los átomos de los núcleos tanto de nitrógeno como de oxígeno que conforman nuestra atmósfera terrestre, a continuación podemos observar este tipo de cascada de partículas secundarias en la siguiente figura 4.


Se ha expresado que al impactar los rayos cósmicos primarios con nuestra atmósfera se generan rayos cósmicos secundarios, el hombre con la ciencia como herramienta principal ha logrado simular el comportamiento antes descrito, esto ha sido a través de la implementación de simuladores de detección de partículas secundarias cósmicas como son los muones, estos últimos se consideran hermanos pesados del electrón, a continuación se muestra una semejanza de un detector de partículas secundarias de rayos cósmicos primarios en la siguiente figura 5.


Si nuestros sistemas ópticos naturales tuviesen la misma capacidad de dichos detectores, notaríamos como estos rayos cósmicos secundarios nos atraviesan en cada instante sin darnos cuenta, al igual que pueden traspasar cualquier objeto de nuestro entorno como podemos observar en las siguientes figuras 6 y 6.1.



Conclusión


Nuestro universo nos invita a seguir conociendo sobre sus grandes enigmas, por eso es tan complejo y majestuoso, podemos decir que nuestra permanencia en este planeta dependerá del conocimiento que podamos descifrar de nuestro entorno, y los distintos rayos o radiaciones analizados representan un claro ejemplo de lo antes expresado, debido a que con el conocimiento adquirido de los mismos la humanidad ha podido incrementar tanto su bienestar social como su longevidad en este planeta.

Siempre resaltando la adecuada implementación de dichos aprendizajes, ya que de esto dependerá el adecuado equilibrio entre los seres vivos y nuestro micro y macro cosmo, esto lo ha demostrado de sobra nuestra nutrida historia científica, lo que nos toca es aprender de cualquier desatino para no cometer los mismos errores, y avanzar hacia una adecuada evolución hombre-universo.

Seguimos demostrando que a pesar que la mayoría de estos rayos o radiaciones son invisibles a nuestra mirada no significa que no sean esenciales para todos nosotros, tal y como se ha venido observando en el desarrollo de esta serie temática (la cual casi concluye), lo importante es resaltar la importancia de la óptica geométrica en la comprensión del esencial fenómeno de la luz, y con ello de cada una de las radiaciones de naturaleza bien sea electromagnéticas como corpusculares.

Pudimos notar que los rayos cósmicos representan a la familia de radiaciones de tipo corpusculares, ya que las mismas son propagaciones de partículas con cierta carga másica, además resaltar que son altamente ionizantes y penetrantes aún más que los poderosos rayos gamma, sin embargo, los seres vivos de este planeta contamos con un escudo natural como lo es nuestra atmósfera.

Lo antes expresado es importante resaltarlo, ya que si no fuese de esta manera no existiría ningún tipo de vida en este planeta, y a pesar que muchos de estos rayos logran colarse lo hacen con la mínima cantidad de energía la cual hasta ahora no representa un peligro para nosotros, estas radiaciones que llegan a nuestra corteza terrestre las denominamos rayos cósmicos secundarios, como pudimos observar en las figuras 4, 5 y 6.

Mucho camino que recorrer en la búsqueda del origen de la capacidad energética de estos portentosos rayos o radiaciones cósmicas, los cuales se deben originar inclusive fuera de nuestra Vía Láctea, es decir, son realmente cósmicos, lo que los convierte en el tipo de rayo o radiación más poderosa que el hombre haya conocido en toda su historia, encontrándonos como fuentes de generación de rayos cósmicos de baja energía al Sol, y a otros impresionantes fenómenos violentos como las explosiones de las supernovas como observamos en la figura 2.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de steemit, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras maravillosas comunidades como los son #steemstem y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este ejemplar y maravilloso proyecto, ya que nos permiten valorar la gran tarea de la academia y el gran esfuerzo del campo científico.

Nota: Todas las imágenes de mi autoría fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, las imágenes fotografías utilizadas en las figuras 6 y 6.1, fueron captadas por el instrumento óptico (cámara fotográfica) del teléfono celular ZTE BLU Life Play 2.

Referencias Bibliográficas

[1]Charles H. Lehmann. Geometría analítica
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Saludos @rbalzan79 mucho gusto, es un auténtico placer visitar tu blog y encontrarme con este estupendo trabajo, la temática del universo y la manera como su mecánica opera me apasiona en demasía, aun cuando no soy científica ni manejo mucho las ciencias exactas, pero trato de investigar e informarme, y este artículo es una excelente herramienta para engrosar ese conocimiento que busco incesantemente. Gracias por compartirlo amigo comenzaré a seguirte.

Gracias amiga @sincroniadivina por tu especial visita a mi blog, las maravillas de nuestro universo nos deleita a todos y de allí es que hemos podido extraer nuestros más vitales conocimientos, dichos conocimientos empleados para tratar de permanecer como especie un buen rato en este planeta. Saludos estimada y éxitos.


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Gracias a la familia de Cervantes por el apoyo recibido, en especial a su curador @ramonycajal. Saludos.

Excelente el abordaje que nos comparte en tu nueva entrega de la serie temática Óptica geométrica, gracias por compartir

Gracias estimado @carlos84 por tu comentario, saludos.

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