Espectro visible

El espectro visible es la porción del espectro electromagnético que es visible para el ojo humano. La radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se llama luz visible o simplemente luz. Un ojo humano típico responderá a longitudes de onda de alrededor de 380 a alrededor de 750 nanómetros. En términos de frecuencia, esto corresponde a una banda cercana a los 400-790 terahercios. Estos límites no están claramente definidos y pueden variar según el individuo. En condiciones óptimas, estos límites de percepción humana pueden extenderse a 310 nm (ultravioleta) y 1100 nm (infrarrojo cercano). El espectro óptico a veces se considera lo mismo que el espectro visible, pero algunos autores definen el término de manera más amplia, para incluir también las partes ultravioleta e infrarroja del espectro electromagnético.

El espectro no contiene todos los colores que el sistema visual humano puede distinguir. Los colores no saturados, como el rosa o las variaciones de color púrpura, como el magenta, por ejemplo, están ausentes porque solo se pueden crear a partir de una combinación de varias longitudes de onda. Los colores que contienen solo una longitud de onda también se denominan colores puros o colores espectrales.

Las longitudes de onda visibles pasan en gran parte sin atenuarse a través de la atmósfera terrestre a través de la región de la "ventana óptica" del espectro electromagnético. Un ejemplo de este fenómeno es cuando el aire limpio dispersa más la luz azul que la roja, por lo que el cielo del mediodía aparece azul (aparte del área alrededor del sol que aparece blanca porque la luz no se dispersa tanto). La ventana óptica también se denomina "ventana visible" porque se superpone al espectro de respuesta visible humano. La ventana de infrarrojo cercano (NIR) se encuentra justo fuera de la visión humana, así como la ventana de infrarrojo de longitud de onda media (MWIR) y la ventana de infrarrojo lejano o de longitud de onda larga (LWIR o FIR), aunque otros animales pueden experimentarlos.

Historia

En el siglo XIII, Roger Bacon teorizó que los arcoíris se producían mediante un proceso similar al paso de la luz a través del vidrio o el cristal.

En el siglo XVII, Isaac Newton descubrió que los prismas podían desmontar y volver a montar la luz blanca y describió el fenómeno en su libro Óptica. Fue el primero en utilizar la palabra espectro.(Latín para "apariencia" o "aparición") en este sentido impreso en 1671 al describir sus experimentos en óptica. Newton observó que, cuando un estrecho haz de luz solar incide en la cara de un prisma de vidrio en ángulo, una parte se refleja y otra parte del haz pasa a través del vidrio, emergiendo como bandas de diferentes colores. Newton planteó la hipótesis de que la luz estaba compuesta de "corpúsculos" (partículas) de diferentes colores, con los diferentes colores de la luz moviéndose a diferentes velocidades en la materia transparente, la luz roja moviéndose más rápido que la violeta en el vidrio. El resultado es que la luz roja se desvía (refracta) de forma menos pronunciada que la violeta cuando pasa por el prisma, creando un espectro de colores.

Newton originalmente dividió el espectro en seis colores con nombre: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. Más tarde agregó el índigo como el séptimo color, ya que creía que el siete era un número perfecto derivado de los antiguos sofistas griegos, de que existía una conexión entre los colores, las notas musicales, los objetos conocidos en el Sistema Solar y los días de la semana. El ojo humano es relativamente insensible a las frecuencias del índigo, y algunas personas que tienen buena visión no pueden distinguir el índigo del azul y el violeta. Por esta razón, algunos comentaristas posteriores, incluido Isaac Asimov,han sugerido que el índigo no debe considerarse como un color por derecho propio, sino simplemente como un tono de azul o violeta. La evidencia indica que lo que Newton quiso decir con "índigo" y "azul" no se corresponde con los significados modernos de esas palabras de color. La comparación de la observación de Newton de los colores prismáticos con una imagen en color del espectro de luz visible muestra que el "índigo" corresponde a lo que hoy se llama azul, mientras que su "azul" corresponde al cian.

En el siglo XVIII, Johann Wolfgang von Goethe escribió sobre los espectros ópticos en su Teoría de los colores. Goethe usó la palabra espectro (Spektrum) para designar una imagen residual óptica fantasmal, al igual que Schopenhauer en Sobre la visión y los colores. Goethe argumentó que el espectro continuo era un fenómeno compuesto. Donde Newton estrechó el haz de luz para aislar el fenómeno, Goethe observó que una apertura más amplia no produce un espectro sino bordes rojizos-amarillos y azul-cian con blanco entre ellos. El espectro aparece solo cuando estos bordes están lo suficientemente cerca como para superponerse.

A principios del siglo XIX, el concepto de espectro visible se volvió más definido, cuando William Herschel (infrarrojo) y Johann Wilhelm Ritter (ultravioleta), Thomas Young, Thomas Johann Seebeck y otros descubrieron y caracterizaron la luz fuera del rango visible. Young fue el primero en medir las longitudes de onda de diferentes colores de luz, en 1802.

La conexión entre el espectro visible y la visión del color fue explorada por Thomas Young y Hermann von Helmholtz a principios del siglo XIX. Su teoría de la visión del color proponía correctamente que el ojo usa tres receptores distintos para percibir el color.

Percepción del color entre especies

Muchas especies pueden ver la luz dentro de frecuencias fuera del "espectro visible" humano. Las abejas y muchos otros insectos pueden detectar la luz ultravioleta, lo que les ayuda a encontrar el néctar de las flores. Las especies de plantas que dependen de la polinización de los insectos pueden deberle el éxito reproductivo a su apariencia en la luz ultravioleta en lugar de a lo coloridos que parecen para los humanos. Las aves también pueden ver en el ultravioleta (300–400 nm), y algunas tienen marcas en su plumaje que dependen del sexo que son visibles solo en el rango ultravioleta. Muchos animales que pueden ver en el rango ultravioleta no pueden ver la luz roja ni ninguna otra longitud de onda rojiza. El espectro visible de las abejas termina en aproximadamente 590 nm, justo antes de que comiencen las longitudes de onda naranjas. Las aves pueden ver algunas longitudes de onda rojas, aunque no tan lejos en el espectro de luz como los humanos.La creencia popular de que el pez dorado común es el único animal que puede ver tanto la luz infrarroja como la ultravioleta es incorrecta, porque los peces dorados no pueden ver la luz infrarroja.

La mayoría de los mamíferos son bicromáticos, y a menudo se piensa que los perros y los caballos son daltónicos. Se ha demostrado que son sensibles a los colores, aunque no tanto como los humanos. Algunas serpientes pueden "ver" el calor radiante en longitudes de onda entre 5 y 30 μm con un grado de precisión tal que una serpiente de cascabel ciega puede apuntar a las partes vulnerables del cuerpo de la presa a la que ataca, y otras serpientes con el órgano pueden detectar cuerpos calientes de un metro de distancia También se puede utilizar en termorregulación y detección de depredadores. (Ver Detección de infrarrojos en serpientes)

Colores espectrales

Color	Longitud de onda(nm)	Frecuencia(THz)	Energía fotónica(eV)
Violeta	380–450	670–790	2,75–3,26
azul	450–485	620–670	2,56–2,75
cian	485–500	600–620	2,48–2,56
verde	500–565	530–600	2.19–2.48
amarillo	565–590	510–530	2.10–2.19
naranja	590–625	480–510	1.98–2.10
rojo	625–750	400–480	1,65–1,98

Los colores que pueden ser producidos por la luz visible de una banda estrecha de longitudes de onda (luz monocromática) se denominan colores espectrales puros. Las diversas gamas de colores indicadas en la ilustración son una aproximación: el espectro es continuo, sin límites claros entre un color y el siguiente.

Espectro de visualización a color

Las pantallas a color (por ejemplo, monitores de computadora y televisores) no pueden reproducir todos los colores perceptibles por el ojo humano. Los colores fuera de la gama de colores del dispositivo, como la mayoría de los colores espectrales, solo se pueden aproximar.

Espectroscopia

La espectroscopia es el estudio de los objetos en función del espectro de color que emiten, absorben o reflejan. La espectroscopia de luz visible es una herramienta importante en astronomía (al igual que la espectroscopia en otras longitudes de onda), donde los científicos la utilizan para analizar las propiedades de objetos distantes. Los elementos químicos y las moléculas pequeñas se pueden detectar en objetos astronómicos observando líneas de emisión y líneas de absorción. Por ejemplo, el helio se detectó por primera vez mediante el análisis del espectro del sol. El cambio de frecuencia de las líneas espectrales se utiliza para medir el cambio Doppler (desplazamiento al rojo o al azul) de objetos distantes para determinar sus velocidades hacia o desde el observador. La espectroscopia astronómica utiliza rejillas de difracción de alta dispersión para observar espectros a resoluciones espectrales muy altas.

Propiedades

Calor

Aunque la luz infrarroja no visible se considera más comúnmente como "radiación de calor", cualquier frecuencia de luz, incluida la luz visible, calentará las superficies que la absorben. Una poderosa fuente de luz puramente visible, como un láser de luz visible, puede carbonizar el papel.

Efectos biológicos

La luz visible de alta energía (luz HEV) (luz violeta/azul, con una longitud de onda de 400-450 nm) tiene una serie de efectos biológicos, especialmente en el ojo. Los estudios realizados por Harvard Health Publishing y ANSES de Francia encontraron que la exposición a la luz azul tiene un efecto negativo en el sueño y puede provocar problemas de visión.