¿Por qué podemos ver galaxias lejanas con detalle, pero no Plutón?

Desde que la sonda New Horizons llegó a plutón hace un par de semanas, me estuve fijando en las secciones de comentarios de los medios que publicaban la noticia. Por supuesto, no han faltado a la cita quienes afirman que es todo un montaje y que no hay ninguna sonda en Plutón o los que se inventan irregularidades en las imágenes y dicen que la NASA nos está intentando ocultar algo. Pero encontré una pregunta que se repetía bastante entre los escépticos de la New Horizons que me pareció interesante: ¿cómo es que los telescopios nos permiten ver galaxias lejanas con tanto detalle, pero no pueden tomar imágenes decentes de Plutón, que está mucho más cerca?

Para ponernos en contexto, esta es la mejor foto de Plutón y su sistema de lunas que el telescopio espacial Hubble había conseguido captar hasta ahora:

(Fuente)

Y luego tenemos imágenes de galaxias de este estilo:

(Fuente)

En comparación, las imágenes de Plutón dejan bastante que desear, y eso que las galaxias se encuentran muchísimo más lejos que nuestro planeta enano favorito. Pues veamos por qué nos cuesta tanto observar cosas relativamente cercanas desde la Tierra. Vamos a hablar del brillo y el tamaño aparentes de los cuerpos celestes.

Empecemos por el brillo.

Contando el cielo visible tanto desde el hemisferio norte como desde el hemisferio sur, en el cielo podemos ver a simple vista unas 9.700 estrellas.  Eso no significa que sólo haya 9.700 estrellas en el firmamento: hay muchas más, pero cuando su llega hasta nosotros es demasiado débil como para que nuestros ojos puedan distinguirlas de la oscuridad del espacio.

Como seres humanos, el factor principal que limita que podamos ver estrellas más o menos brillantes es el tamaño de nuestras pupilas. Es decir: cuando más grande sea nuestra pupila, más luz podrá entrar a través de ella y, por tanto, podremos ver estrellas menos brillantes. Lo más probable es que hayáis experimentado este fenómeno alguna vez en vuestra vida si habéis salido a la calle de noche, después de estar un rato en una habitación iluminada. Al principio, el cielo os habrá parecido totalmente oscuro y, a medida que vuestros ojos se han ido acostumbrando a la oscuridad, habréis podido ver cómo cada vez más estrellas van apareciendo en el firmamento.

Los telescopios tienen como objetivo recoger suficiente luz como para que los objetos que no se pueden ver a simple vista se vuelvan visibles. Por eso, en vez de tener unos 7 milímetros de diámetro como las pupilas humanas, los telescopios poseen diámetros de varios centímetros (si hablamos de un telescopio de estar por casa) o hasta de varios metros (en el caso de los telescopios profesionales).

Al colocar nuestros ojos tras el visor de un telescopio, lo que estamos haciendo es utilizarlo como una especie de segunda pupila artificial, mucho más grande que la nuestra, que recoge mucha más luz de la que nuestros ojos son capaces y la concentra de manera que pueda caber a través de nuestra propia pupila. Como resultado, podemos ver objetos invisibles a simple vista porque nuestras pupilas son demasiado pequeñas. Eso sí, para poder ver toda esa luz necesitamos meter una lente dentro del telescopio que la concentre en un haz que quepa a través de nuestras pupilas y, de paso, proyecta la imagen con un mayor tamaño en nuestra retina.

(Fuente)

Y esto normalmente se hace de dos maneras: con lentes en un extremo del telescopio que concentran la luz cuando llega al final del tubo (lo que hacen los telescopios refractores) o proyectando la imagen sobre un par de espejos y usando una lente para ampliar esa imagen, como si se observara el reflejo con una lupa (que es como funcionan los telescopios reflectores). Pero no entraré en detalles con este tema. La cuestión es que cuanto menos luminoso aparezca un objeto en el cielo, más ancho será el telescopio que necesitaremos para observarlo.

A la intensidad del brillo de una estrella se le llama magnitud y existen dos maneras de clasificarla: según el brillo que vemos desde la Tierra (su magnitud aparente) o su brillo real (su magnitud absoluta).

La magnitud aparente es la que determina si podemos ver algo en el cielo o no y representa cómo de brillante aparece un cuerpo celeste desde nuestra perspectiva, pero no te dice nada del brillo real del objeto porque, por ejemplo, una estrella muy brillante que se encuentre muy lejos puede parecer más tenue que una mucho más débil pero que está cerca de nosotros. Cuanto más débil es el brillo aparente de un cuerpo celeste, más alto será el número de su magnitud. Las cosas más brillantes del cielo, de hecho, tienen una magnitud negativa. En este enlace tenéis una lista donde aparece la magnitud de las estrellas más brillantes.

¿Pero qué escala absurda es esta? ¿cómo se supone que está relacionada la magnitud de los diferentes cuerpos celestes? ¡ME RINDO CON LA ASTRONOMÍA!

Que no, que no, si en realidad es una chorrada.

Para construir la escala, se tomó la estrella Vega como referencia y se le asignó una magnitud de 0. Luego se comparó cómo de luminosas son el resto de estrellas respecto a Vega para catalogarlas: las más brillantes que Vega tendrían valores negativos y las menos brillantes tendrían valores positivos.

Pero un objeto que tiene magnitud 1, por ejemplo, no es 4 veces más brillante que uno que tiene magnitud 4. Cada valor de magnitud representa un incremento de 2,5 veces en brillo respecto al anterior, que es más o menos la cantidad de luz necesaria para que el ojo humano pueda distinguir la diferencia de brillo entre una estrella y otra. Es decir, que una estrella de magnitud 1 es 2,5 veces más brillante que una de magnitud 2, por ejemplo. Pero una estrella de magnitud 2 es 2,5 veces más brillante que una de magnitud 3, y por tanto una estrella de magnitud 1 brilla 6,25 veces más que una de magnitud 3 (2,5 x 2,5). Y una de magnitud 1 será 3.814 veces más brillante que una de magnitud 10 (2,5 elevado a 9). Añado una imagen cuerpos con diferentes magnitudes, por si os lo aclara mejor:

¿Y cuál es la diferencia entre la magnitud aparente de Plutón y las galaxias?

Plutón no emite brillo propio pero, como el resto de los planetas, refleja la luz del sol. Eso sí, a Plutón llega 1.600 veces menos radiación solar que la que recibimos nosotros en la Tierra (porque se encuentra 40 veces más lejos y el brillo disminuye con el cuadrado de la distancia). Una vez llega a Plutón, la luz tiene que rebotar contra su superficie, donde parte de ella es absorbida, y recorrer de nuevo la tremenda distancia que la separa de nosotros, debilitándose aún más por el camino.

Es por eso que, con una magnitud aparente de 15,1, Plutón aparece 54 mil billones de veces menos brillante que el sol (mag. -26,17) en el cielo. El número es tan grande que es difícil de imaginar, así que podemos compararlo con la Luna, si resulta más fácil de visualizar: Plutón aparece 16 billones de veces menos brillante que la Luna llena (mag. -12,92). Si sabéis identificar algunos cuerpos celestes nocturnos, a lo mejor es servirá más saber que Plutón es 100 millones de veces menos brillante que Venus (mag. -4,89), el siguiente cuerpo más brillante del cielo. O 4 millones de veces menos brillante que Sirio (mag. -1,47), la estrella más brillante del cielo (después del sol, claro). O sea, que harían falta 4 millones de “Plutones” tal y como aparecen vistos desde la Tierra, todos superpuestos en el mismo lugar, para que igualaran el brillo de Sirio.

Si os interesa el tema, sabiendo que cada incremento de magnitud representa una diferencia de 2,5 veces en brillo y con estos datos sobre las magnitudes de varios cuerpos celestes, podéis calcular vosotros mismos la relación del brillo entre un cuerpo celeste y otro.

Pero las galaxias son otra historia.

Las galaxias brillan con la luz combinada de las miles de millones de estrellas que contienen. Y es por eso que, aunque las galaxias se encuentren a cientos de miles, millones o incluso miles de millones de años luz, mandan una cantidad de luz tremenda hacia nosotros.

Aquí tenéis una lista de magnitudes aparentes de 112 galaxias (el parámetro “B”) en el que podréis ver que la más difícil de observar tiene una magnitud de 10,2. Esto no significa que no existan galaxias más alejadas y/o más pequeñas que tengan magnitudes aún menores, por supuesto, pero sirve para demostrar que muchas galaxias aparecen, como poco, 100 veces más brillantes que Plutón desde nuestra perspectiva.

Pero el brillo de un objeto sólo determina si podremos observarlo a simple vista y, en caso contrario, el diámetro del telescopio que necesitaremos para sacarlo de entre las tinieblas. Lo que determina el detalle con el que lo podremos observar un cuerpo celeste es su tamaño aparente en el cielo.

Igual que las cámaras de fotos o el ojo humano, los telescopios tienen un límite de resolución. En este caso, la resolución no está limitada por el hecho de las lentes o los espejos de un telescopio estén compuestos por una serie de “puntos”. Sino más bien por el comportamiento de la luz en su interior que, al estar compuesta por ondas, éstas tienden a superponerse y hacer cosas raras.

Y, claro, el tamaño aparente de un objeto dependerá de el tamaño real del mismo y de lo lejos que esté de nosotros, así que vamos a ver qué se verá más grande en el cielo: Plutón o una galaxia.

Plutón tiene un diámetro de unos 2.400 kilómetros y se encuentra a unos 7.500 millones de kilómetros de distancia. Las galaxias varían en tamaño y distancia pero podemos tomar como ejemplo la galaxia del Sombrero, que mide 50.000 años luz de diámetro y está a 30 millones de años luz de distancia.

Obviamente, la galaxia del Sombrero se encuentra en el quinto pino (1 año luz equivale a unos 10 billones de kilómetros), pero su tamaño es tan difícil de imaginar como la distancia que la separa de nosotros. Si calculamos la relación entre el tamaño de estos objetos y la distancia a la que se encuentran, veremos que para Plutón la relación es de 0,00000032 mientras que la galaxia es 0,00166, lo que significa que la galaxia del Sombrero se verá 5.200 veces más grande en el cielo que Plutón.

Es por eso que se puede ver con mucho más detalle la estructura de una galaxia: al aparecer más grande se ve menos afectada por los problemas de resolución. En una cámara de fotos digital, esto se debería a que la estructura de la galaxia ocupará más píxeles y, por tanto, cada píxel individual podrá captar detalles más pequeños en su interior.

Y ese es el motivo por el que podemos ver la galaxia del sombrero así.

(Fuente)

Respondiendo al a pregunta del principio: ¿que por qué no podemos ver Plutón con tanto detalle como las galaxias que, en comparación, están más lejos? Porque no emite mucha luz y en el cielo aparece como un punto extremadamente pequeño debido a la relación entre su pequeño tamaño y la distancia que nos separa de él, lo que impide que los telescopios puedan hacer observaciones con una resolución decente.

Eh, espera, que esto huele a que estás cerrando el chiringuito. No has dicho que haciendo fotos al cielo no te hace falta necesariamente tener un telescopio con un diámetro enorme para captar estrellas con un brillo débil.

Es verdad, voz cursiva. Al contrario que el ojo humano, las cámaras fotográficas tienen la ventaja de que se pueden dejar un rato “acumulando” luz antes de tomar la instantánea. Eso significa que aplicando este mismo procedimiento para hacer fotos nocturnas, podemos apreciar una cantidad mucho mayor de estrellas en las fotos que a simple vista… Y sí, también lo aplica la gente que hace fotos a través de telescopios. Un ejemplo de este fenómeno es esta foto que tomó mi amigo Yaroslav Prokhorov hace unas semanas, cuando fuimos a una cala de Ibiza a hacer un timelapse de la Vía Láctea.

Podéis ver más fotos suyas en su Flickr, haciendo click aquí.

Haceos a la idea: este tipo de paisajes nocturnos con tantas estrellas y unos colores tan bonitos son imposibles de ver a simple vista. Tampoco es que sea Photoshop ni nada por el estilo, si no simplemente que las cámaras de fotos hacen cosas que nuestros ojos no pueden emular.

Me has utilizado para que te dé pie a colgar una foto que ha hecho un amigo tuyo…

Que no, que no, que era un tema importante y si no lo mencionaba me iban a echar la bronca en los comentarios.

Bueno, lo que tú digas. Al menos no me has usado para sacar el tema de National Geographic ahora que has terminado la entrada.

Oye, pues ahora que lo dices.

National Geographic dice que si sois fans de Ciencia de Sofá y os gustaría suscribiros a la revista durante un año a un precio irrisorio (23,88€) y encima recibir varios regalos sólo por ser vosotros, podéis hacer click sobre la siguiente imagen que os llevará a la entrada donde os explico la oferta.

25 pensamientos en “¿Por qué podemos ver galaxias lejanas con detalle, pero no Plutón?”

  1. Si me lo permites voy a explicar un poco más el sistema de magnitudes, para que los legos tengan una comprensión clara de por qué es así.
    Cuando se inventó el sistema de magnitudes no existían aparatos de medida; salvo el ojo. A las estrellas que PRIMERO aparecían las llamaron de primera magnitud. A las que, subjetivamente, aparecían un poco más tarde, de segunda magnitud, y así sucesivamente. El ojo tiene una respuesta logarítmica a la luz y cuando se cuantificó este sistema resulto el sistema actual de magnitudes. Dado que había magnitudas más brillantes que la primera magnituida no quedaba que contar hacia el otro lado y por eso hay magnitudes negativas.
    Ahora creo que queda claro ese sistema “tan raro” de contabilizar la luminosidad.
    Un saludo

  2. Impresionante la foto de la vía lactea. ¿Correspondería al centro de la galaxia?. La posición relativa de las estrellas y constelaciones respecto al plano galáctico es algo que se trata poco (a nivel amateur) y que sin embargo, a mi por lo menos, me parece interesantísimo. Enhorabuena por el blog.

  3. ¿No es más un problema del límite resolutivo que tiene todo telescopio debido a la difracción? El problema del brillo se soluciona de forma relativamente «fácil» sin más que aumentar la exposición. Véase, por ejemplo, UDF 423, https://en.wikipedia.org/wiki/UDF_423, con una magnitud de 20 frente a ~15 de Plutón (es decir, 100 000 veces más débil), y unas fotografías en las que se distinguen detalles.

    Sin embargo, la difracción es una barrera insalvable para separar dos puntos muy próximos en el cielo. Volviendo al ejemplo de antes, UDF 423 tiene un diámetro aparente 100 veces mayor que el de Plutón.

    Si de verdad el problema fuera la magnitud, Hubble habría obtenido mejores imágenes del planeta enano.

  4. Es una farsa este artículo para justificar lo absurdo … la mala calidad de imagen que muestran las sondas orbitando un planeta no tiene justificación más que ocultar algo

    1. Obviamente que la mejor forma de ocultar algo es subir una foto en baja resolucion para que todo el mundo se pregunte lo mismo que tu…oh wait, cierto que existe photoshop…entonces quizas solo es baja resolucion porque la camara es de baja resolucion (lo se, es una respuesta demasiado logica y simple para que sea verdad, cierto?)

    2. Ay, amigo, qué triste comentario. New Horizons viajó hasta los confines del sistema solar, a un lugar al que ni tú ni yo jamás llegaremos, nos proveyó de información invaluable y de fotografías hermosas y tú piensas en conspiraciones ocultas de los gobiernos.

    1. Si la foto fuese en HD, hubieran dicho “como es que logran una foto tan perfecta? eso es photoshop por mis cojones”, y si es una resolucion baja entonces “seguro que estan ocultando algo” (obviamente lo que oculta es que es una estrella de la muerte, o que hay una stargate que conecta con Marte, o que es la base secreta de los illuminati).
      Antes tendrian que investigar un poco…no mucho…casi casi que google lo hace por ustedes, antes se sacar lo primero que se les cruza por la cabeza (que todo es una conspiracion…y cuando digo todo es TODO!!!).
      En resumen, fijense las caracteristicas tecnicas de la New Horizons (tipo de sensor y resolucion de la camara, sistema de almacenamiento, velocidad de transferencia de datos,etc etc) y despues vuelvan con una pregunta “un poco” mas seria.
      Gracias.

      1. No te canses, si piensan que la NASA oculta algo (no sé, factorías de fabricación de bombas nucleares en Plutón), no podrás convencerles de que no, aunque fueran ellos allí mismos en persona.

    2. La resolución de las fotos de las sondas espaciales se ha de adaptar a la velocidad de envio de sus sistemas de comunicacion, su velocidad esta entre 600 y 1200 bits/segundo, si colocasen camaras estupendas de 20Megapixels cada foto tardaria semanas en llegar o meses, y no solo son fotos lo que envian sino cientos de datos de distintos sensores aparte de los datos de navegación. Tardará 9 meses en enviar los 10 Gigas previstos de fotos.
      ¿Te bajarias una peli HD de 4 Gb con un moden antiguo a 56K de velocidad sabiendo que puedes estar 2 meses continuos descargando datos? pues las sondas hacen lo mismo poco pero nitido mejor que mucho e incompleto.

  5. pues si, es una pena cuando se cuelan conspiranoicos en un post tan bueno como este. A veces pienso que los que mas pesados se ponen en plan “¡TODO es una conspiracion!” son los que ganan dinero de alguna forma ya sea haciendo libros de conspiraciones, etc… y tienen que mantenerse en su linea para ganar publico, en fin… .Lo mejor es ignorarlos o moderarlos.

  6. CAPO, una sola cosa nomas queria decirte, me agrado mucho tu post, en serio, es de lo más sensacional que he visto en el momento, es una obra de arte, sin exagerar, es algo que, a simple vista, podria haber sido hecho por el mismisimo da vinci, la genialidad que tiene se puede notar desde kilómetros de distancia, ni siquiera la peor de las malas lenguas podria decir que no nos encontramos ante una majestuosidad vista una sola vez cada mil años. No he visto en todos mis años de vida algo de esta magnitud, te provoca una sensacion indescriptible, una alegria inmensa a pesar de no haber hecho acciòn alguna, un sentimiento raro de encontrar pero fantastico, algo así como lo que se siente una brisa en un caluroso verano, o ver la alegria de un niño al abrir sus regalos de navidad, o simplemente estar con la persona que mas amamos. No hagas caso a las malas lenguas que critican sin cesar
    a cualquiera que no cumpla absolutamente todas sus expectativas, solo creeme a mi y a todos aquellos seres que consideran y admiran a tan grandiosa obra de arte. Siempre van a haber personas que te van a decir que lo que hiciste no tiene valor, pero el secreto esta en ignorarlas, esas personas darian lo que fuera por haber creado algo tan magnifico como lo que estamos viendo. Asi como un hombre enamorado crea un poema para expresar sus mas profundos sentimientos, o como un pintor crea una obra de arte de algun tiempo que ni siquiera el conoce, asi es como fue creado este post, de la misma forma. puede parecer que estoy exagerando, repito, pero no es asi, ni de cerca, exageraria si dijiese que no me encuentro ante una creacion admirable, increible, de una belleza casi mayor que la de su creador. De hecho estoy tan encantado con semejante aporte que decidi escribir un poema al respecto, se titulo mis ojos te lo agradecen, aqui va
    -mis ojos te lo agradecen, ya que han sido acariciados, mis sentimentos te alaban, ya que han sido despertados, mi corazon te idolatra, por que lo has hecho bailar, y mi ser te dice gracias, por tan delicioso manjar, estare esperando nuevamente que me compartas tu alegria, aun en el mas radiante dia, soloo sigue creando, creando hasta que las manos pesen, asi que te dire nuevamente, mis ojos te lo agradecen
    Espero que hayas disfrutado mi poema tanto como yo disfrute escribiendolo, te diria que lo disfrutes como yo disfrute tu post, pero no creo que haya situacion en el mundo que se asemeje a tanta dicha. Para terminar siendo breve, te queria agradecer de corazon, uno en esta vida se encuentra con situaciones que lo ponen de malas, piensa que no va a encontrar nada bueno en estos dias y de repente se encuentra con algo asi, es dificil decidir donde uno va a dejar sus puntos, y de hecho ya cansa denunciar la mayoria de los post que ve, siendo que muchos son creados por trolls y personas con ganas de molestar, nada que ver con lo que estamos observando, aqui uno piensa todo lo contrario, simplemente lo ve y se dice a si mismo no debe haber lugar en esta tierra, ni en el cielo ni en el inframundo, ni en otros planetas o galaxias o universos donde sea mejor dejar mis puntos, he encontrado la verdadera atlantid, aunque no sea un lugar fisico, su simple belleza es suficiente para no titubear en hacer dicha comparacion.
    A veces me pregunto cuanta destreza o cuanta habilidad hace falta tener para poder realizar una creacion de esta indole, a veces me comparo con los creadores de hermosuras como esta y pienso que no soy siquiera un simple ser humano, al lado de dichos creadores me siento como una hormiga frente a un imponente elefante, como un peon al lado de una reina, como un niño frente a un super heroe, de esas historietas que tanto gustan leer. a veces veo al cielo y pregunto podre yo crear algo que, al menos pueda compararse con este post podre algun dia ser tan genial, creativo y talentoso como el creador de esto pero por mucho que pregunte, jamas consigo respuesta. sueño a veces que despierto y delante de mi, junto a mi cama, se encuentra un post como este, pero el creador soy yo. si, se que parece una locura, algo tan glorioso como esto no puede ser creado por un simple ser como yo, pero no hay que olvidar que se trata de solo un sueño, si pudiera pedir un deseo, ese seria que este post jamas saliera de la home, que las futuras generaciones puedan observar su magnificiencia y llenarse de dicha con lo que ven, llenarse de felicidad, de locura, de pasion… si todos fueran como este, no habrian guerras, no habria dolor, olvido y tristeza. levantariamos la cabeza y entonando un canto al unisono, cual coro de arcangeles diriamos: yo creo en el mañana.

  7. Jordi, me acabo de dar cuenta de que tienes un error en la tabla de magnitudes aparentes, ahí pones:
    Venus (máxima luminosidad) -3,82
    Ese valor no es correcto, el correcto es -4,89 como escribes 11 líneas debajo de la tabla.
    Saludos.

  8. ¿Cómo pueden observarse las estrellas que se encuentran más allá del primer término de estrellas, acaso éstas no tapan a las que se hallan detrás, las que se hallan en grueso de la galaxia, del cualquier galaxia, en el grueso de cualquier brazo de galaxia?

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