24 de septiembre de 2014

El color del espacio exterior

¿Cómo el telescopio Hubble capta el color del espacio exterior?

El Hubble sólo puede tomar imágenes en blanco y negro. ¿Significa esto que sus magníficas fotografías a todo color son falsas?

Cuando un telescopio toma una imagen del espacio profundo lo hace mediante sensores que constan de píxeles en escala de grises, no en color. Esto lleva a muchos a creer que las imágenes de colores que vemos hechas desde telescopios como el Hubble no son reales.

Esto, sin embargo, no es realmente así. Tampoco es cierto que las imágenes del telescopio tengan un valor puramente estético para los astrónomos. En realidad, hay muy buenas razones para exagerar el color o incluso colorear objetos cósmicos con matices que serían invisibles a simple vista, y por supuesto, algunas imágenes se colorean con sus colores reales.

¿Qué es una imagen?

Una imagen es una matriz o una matriz, de píxeles cuadrados (elementos de imagen) dispuestos en columnas y filas.

En la imagen en escala de grises a (8 bits) cada elemento de imagen tiene una intensidad asignada que va de 0 a 255 Una imagen en escala de grises es lo que la gente normalmente llaman a una imagen en blanco y negro, pero el nombre hace hincapié en que dicha imagen también incluirá muchos tonos de gris.

Una imagen en escala de grises normal tiene 8 bits de color de profundidad = 256 escalas de grises. Una imagen de color verdadero tiene 24 bits de color de profundidad = 8 x 8 x 8 bits = 256 x 256 x 256 colores = ~ 16 millones de colores.

Algunas imágenes en escala de grises tienen más escalas de grises, por ejemplo, los 16 bits = 65.536 tonos de gris. En principio tres imágenes en escala de grises se pueden combinar para formar una imagen con 281.474.976.710.656 escalas de grises.

Composición de una imagen en color a partir otras tomadas con diferentes filtros
Un ejemplo de una imagen construida a partir de 7 de banda ancha filtra todo el camino
desde el ultravioleta (izquierda) hasta el infrarrojo (derecha).

¿Porqué se colorean estas imágenes y cómo lo hacen?

Las imágenes capturadas están formadas por escala de grises. Pero eso no significa que el telescopio no tenga manera de saber de qué color es en realidad. El telescopio Hubble, por ejemplo, tiene diferentes filtros, cada uno de los cuales permiten registrar la luz en determinadas longitudes de onda específicas. Un filtro de banda estrecha, por ejemplo, sólo le permitirá "ver" a través de una porción muy pequeña del espectro, mientras que un filtro de banda ancha deja pasar gran parte, por ejemplo, de las áreas rojas y verdes del espectro.

Así, el telescopio puede tomar una serie de imágenes del mismo objeto usando una gran variedad de filtros. Una imagen puede mostrar sólo la luz en la zona azul del espectro, mientras que otra muestra la de color amarillo, y así sucesivamente. Estas imágenes resultantes se pueden combinar para componer una imagen a todo color.

Imagen construida a partir de las exposiciones de banda estrecha
Ejemplo de una imagen construida a partir de las exposiciones de banda estrecha.
Desde las exposiciones de banda estrecha se sondean transiciones atómicas individuales
siendo el resultado una imagen que tiene características muy "afinadas".


Si bien es cierto que esto da lugar a algunas imágenes impresionantes, existe un propósito práctico:
  • Un tinte rojizo en una nebulosa podría indicar la presencia de azufre.
  • Un tinte azul podría indicar la presencia de oxígeno.
  • Uno verde podría indicar la presencia de hidrógeno.
Sin embargo, sin la mejora del color, los tres gases se corresponden con diferentes tonos de rojo, lo que hace que la composición de una nebulosa sea más difícil de determinar.
Algunas imágenes son tomadas puramente en los espectros invisibles para el ojo humano como la porción infrarroja y ultravioleta. Estos espectros permiten a los investigadores no sólo para ver a través de obstáculos densos, como nebulosas oscuras, sino que también permiten analizan diversos comportamientos, tales como firmas de calor. Sin embargo, debido a que estos espectros son invisibles, los investigadores asignan tonos visibles a varias longitudes de onda con el fin de ver con claridad.

Estas imágenes se llaman "color falso", pero en realidad sólo significa que estas capturas son de diferentes colores del espectro de la luz visible.

Coloreando una galaxia





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Fuentes

http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/improc/
http://hubblesite.org/gallery/behind_the_pictures/
15:00

2 de septiembre de 2014

500 millones de años de comunicación mediante el color

La comunicación biológica por medio del color

El color como medio de comunicación es muy conocido en el mundo animal, aunque no tanto en el vegetal. Este tipo de comunicación biológica por medio del color estructural ha existido por lo menos durante 500 millones de años. Se puede determinar la importancia del color en el reino animal estudiando sus sistemas perceptivos visuales para entender como pueden usar el color para comunicarse. El color se ha utilizado principalmente por los animales para la señalización, la mímica, y la elección de pareja.

También los animales marinos son capaces de modificar los colores. Con esos cambios de colores expresan emociones y estados de ánimo, que alteran su posición y su comportamiento, dependiendo de lo que quieren decir. No sólo son capaces de cambiar el color de su entorno como conjunto, sino que algunos tienen una habilidad inconcebible para cambiar el color de si mismo de forma instantánea.

¿De qué forma podrían utilizar las plantas el color y con qué finalidades?

Pollia condensata y el color estructural
"Pollia" by Juliano Costa - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

¿Qué es el color estructural?

El color es la consecuencia del reflejo de la luz en los objetos. Deriva de la absorción selectiva de determinadas longitudes de onda, normalmente por la presencia de pigmentos.
Pero existe también otro tipo de color, el color estructural, el cual se produce por la interacción de la luz con estructuras microscópicas ordenadas de cierta forma.
La radiación luminosa que incide sobre estas estructuras se ve sometida a cambios ópticos que causan un reflejo selectivo de determinadas longitudes de onda debido a los rebotes de los rayos de luz que provocan ondas constructivas y destructivas.

Así, el color estructural no es una propiedad intrínseca de los materiales sino más bien una función de la geometría de los materiales. Es decir, no se debe a los pigmentos de un material sino a su estructura.

Ejemplos de color estructural

Ejemplos donde podemos ver este tipo de color son:
  • las burbujas de jabón,
  • en las láminas de aceite en un charco,
  • en las plumas de los pavos reales,
  • el caparazón de aspecto metálico de algunos escarabajos,
  • las alas de algunas mariposas,
  • el caparazón interno de algunos moluscos como el haliotis iris.

El color estructural en las plantas

El papel de la coloración estructural en las plantas se entiende sólo parcialmente y ha sido estudiado principalmente con respecto a las flores y hojas.

En los frutos el mimetismo es probable que sea la función principal. Al imitar la apariencia de una fruta nutritiva fresca, las plantas pueden haber evolucionado para engañar a sus dispersores de semillas, sin ofrecerles ninguna recompensa nutritiva.

Esta estrategia podría evitar el coste energético de la producción de pulpa fresca. El color estructural da a la fruta un aspecto brillante e intenso que se mantiene después de que se cae de la planta, incrementando la probabilidad de atraer a un animal y para que ayude a la dispersión de sus semillas.

Alternativamente, las frutas de color estructurales podrían lograr la dispersión mediante la atracción de aves o animales que decoran nidos para atraer a una pareja.


Pointillist structural color in Pollia fruit

En el estudio titulado "Pointillist structural color in Pollia fruit (2012)" realizado por diversos investigadores  de la Universidad de Cambridge (Gran Bretaña) y del Museo Smithsonian de Historia Natural (EE UU) han encontrado un ejemplo de una planta con color estructural, que es el más intenso conocido en cualquier ser vivo. Se trata del fruto de una planta llamada Pollia condensata. Pollia es un género tropical con aproximadamente veinte especies de hierbas perennes pertenecientes a la familia Commelinaceae de las monocotiledóneas. La planta tiene tallos estoloníferos y produce una infrutescencia parecida a una mora donde cada pequeña fruta tiene un diámetro de medio centímetro y un intenso color azul metálico.

A) fruto pollia condensata. B) Infrutescencia de la pollia condensata. Ejemplar recogido en Ghana.
(Copyright © 2014 National Academy of Sciences)

El fruto de Pollia condensata contiene unas 18 semillas duras y secas en su interior y no pierde su intenso color azul ni con el tiempo ni con la muerte de la planta. Estos frutos siguen brillando después de un siglo ya que no hay una pulpa que se pueda pudrir ni unos pigmentos que se puedan ir degradando. Al no poderse extraer ningún pigmento azul se estudió la estructura tisular de este fruto. El intenso brillo se debe a una cutícula lisa y transparente. El color es debido a estructuras más profundas.

La importancia biológica de la coloración estructural de los frutos de Pollia

Como ya he comentado estos frutos se asemejan a verdaderos frutos carnosos y sin el suministro de una recompensa. Conservan su atractivo durante un largo período de tiempo, incluso en los brotes muertos o cuando se desprenden de la planta.

En los bajos niveles de luz del sotobosque, donde se encuentra la Pollia condensata, la coloración azul brillante será muy visible. Los frutos pueden atraer a las aves que recogen objetos de colores brillantes para su uso en rituales de apareamiento.

Por otra parte, debido a que los frutos secos de Pollia condensata se asemejan a las bayas azules pigmentadas, los frutos pueden lograr la dispersión a través de la mímica. En cualquier caso dado que las aves son las probables dispersoras de semillas, es lo que podría explicar la amplia distribución de Pollia condensata y del género en su conjunto.

La inteligencia evolutiva sigue distintos caminos pero...

La conclusión del estudio, nos indica que la evolución convergente tanto en plantas como animales ha producido independientemente estructuras multicapa que crean coloración estructural.

Los frutos de Pollia condensata tienen estructuras helicoidales similares a los de los escarabajos, pero con aún más intensa reflectividad. Así se demuestra que la variación en el espesor de capas múltiples en los frutos Pollia proporciona una respuesta óptica que es aparentemente única en la naturaleza.


Lytta vesicatoria, conocida popularmente con el nombre de cantárida
«Lytta-vesicatoria03» de Stefanie Hamm - Trabajo propio. Disponible bajo la licencia Public domain vía Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lytta-vesicatoria03.jpg#mediaviewer/Archivo:Lytta-vesicatoria03.jpg



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Fuentes
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