A mediados del siglo XIX, Gustav Kirchhoff (físico) y Robert
Bunsen (químico) realizaron experimentos de laboratorio consistentes en
analizar el espectro emitido por fuentes y elementos diversos. Sus trabajos
dieron lugar a tres leyes fundamentales que, como veremos, nos ayudarán a
identificar la naturaleza de los objetos astronómicos a partir de sus
espectros.
- Un objeto sólido incandescente o un gas denso y caliente, sometido a muy alta presión, emite un espectro continuo de luz. Es decir, dentro de un rango espectral dado, emiten radiación en todas las longitudes de onda.
- Un gas tenue y caliente emite un espectro de líneas brillantes (líneas de emisión). Es decir, emite luz tan solo a unas longitudes de onda determinadas. El espectro de líneas de emisión depende de la composición química del gas.
- El espectro de una fuente de continuo observado a través de un gas más frío muestra líneas oscuras superpuestas (de absorción). El espectro de absorción es el inverso del espectro de emisión del gas (este emite y absorbe a las mismas longitudes de onda).
Experiencia de Kirchhoff:
La experiencia muestra que dos cuerpos, cuyas temperaturas son distintas, llegan a equilibrarse aunque se encuentren en el vacío. Esto se explica debido al intercambio de energía que se produce por medio de las ondas electromagnéticas. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, es decir cuando cada uno de ellos tiene la misma temperatura, no significa que la radiación electromagnética se interrumpa. Cada cuerpo absorberá en cada instante la misma cantidad de energía que él emite.
Cuando un conjunto de cuerpos se encuentra en equilibrio térmico los cuerpos que absorben intensamente ciertos rayos también los emitirán intensamente, y viceversa.
Se comprueba experimentalmente que el agua contenida en una botella con paredes plateadas se calienta poco por la acción de los rayos solares, mientras que la contenida en un frasco de vidrio negro se calienta mucho. En el primer caso la absorción de energía solar es pequeña, mientras que en el segundo caso es grande. Echemos agua caliente en ambos recipientes y coloquémoslos en un local frío. El agua del frasco vidrio negro se enfriará mucho antes: el cuerpo que absorbe más energía también emite más.
La ley de Kirchhoff conduce a una consecuencia interesante. Los cuerpos que intercambian calor por medio de la radiación reciben (para una longitud de onda y temperatura dados) ondas de la misma intensidad de los cuerpos vecinos, independiente del material que los constituya y de las propiedades que tengan. Según esto se puede determinar una función de la intensidad de la radiación absorbida por un cuerpo en función de la longitud de onda l de la radiación y de la temperatura T, que caracteriza el proceso del intercambio calorífico por radiación que es válido para todos los cuerpos en la naturaleza.