ÓPTICA

Se tardan diez años hasta que la sonda espacial Rosetta alcanza, el 12 de noviembre de 2014, al cometa Churyumov-Gerasimenko a 500 millones de kilómetros de la Tierra. A los cometas se los conoce sobre todo por su característica cola. Sin embargo, esta vez, los científicos se interesan especialmente por su núcleo helado:

La cámara especial que va a bordo de la sonda, desarrollada por investigadores del instituto Max Planck, envía imágenes espectaculares a la Tierra. La duración del envío de esos datos a través del Universo es de unos escasos 28 minutos y 20 segundos. Nunca antes nadie ha visto esa riqueza de detalles. Ni siquiera con los mejores telescopios, podían distinguirse desde la Tierra.

La sonda espacial Rosetta ante el cometa Churyumov-Gerasimenko (collage)

¿Dónde están los límites de la visión? El físico alemán Ernst Abbe calcula, en 1873, que un microscopio óptico sólo puede mostrar detalles que se encuentren a una distancia de, por lo menos, media longitud de onda de la luz empleada. Por eso, los físicos creen durante mucho tiempo que la resolución de un microscopio óptico no puede mejorar los 200 nanómetros.

Pero en 1999 se supera este límite: el microscopio STED, desarrollado por Stefan Hell, físico oriundo de Gotinga, muestra detalles que tienen un tamaño de tan sólo unos pocos nanómetros. ¿Dónde está el truco? Las minúsculas estructuras se iluminan y, a continuación, se les vuelve a quitar una parte de la luz que emiten con un segundo rayo de luz especial. Esto impide que las estructuras que están próximas entre sí reflejen la luz unas de las otras.

Un nanómetro son 0,000000001 metros. De esta forma, el microscopio STED es entre diez y cien veces más potente que un microscopio óptico clásico.
» Vídeo (en alemán) “STED: rayos de esperanza en el nanouniverso”

Estructuras de proteínas en una célula bajo el microscopio STED

Estructuras de proteínas en una célula vistas con un microscopio convencional

¿Cómo pensamos, sentimos y aprendemos? Estas cuestiones únicamente pueden responderse cuando se entiende con exactitud cómo funciona y se estructura el cerebro. Para ello, es necesario hacer visible cada célula nerviosa y su actividad. A finales de los años 80, el biofísico Winfried Denk continúa desarrollando el microscopio óptico hasta transformarlo en un microscopio de excitación de dos fotones:

Un láser envía fotones, es decir, partículas de luz, al interior de la muestra de tal manera que estos se se superponen en un punto definido con exactitud intensificándose. De esta forma, los investigadores pueden, entre otras cosas, mirar a un milímetro aproximadamente de profundidad del tejido cerebral vivo y, así, observar el cerebro directamente “mientras trabaja”.

Justamente en el campo de la investigación del cerebro, los nuevos procedimientos con microscopio óptico ofrecen grandes oportunidades, ya que, contrariamente a lo que sucede con la microscopía electrónica, con este pueden investigarse células y tejidos vivos.

Célula de la retina viva vista con el microscopio de excitación de dos fotones

El ébola, el sida, la viruela, el sarampión, la gripe... Muchas enfermedades se transmiten a través de virus. Aun así, pasa mucho tiempo hasta que los investigadores pueden identificar los gérmenes patógenos de estas enfermedades. La razón: Los virus son diminutos, mucho más pequeños que las bacterias. Con el microscopio óptico clásico, los virus no se pueden ver.

Por fin, en 1931, tras el invento del microscopio electrónico por el físico alemán Ernst Ruska, se puede echar un vistazo en el nanouniverso. En vez de luz, Ruska emplea haces de electrones de onda corta. Junto con su hermano, el médico Helmut Ruska, este físico es el primero que puede observar y clasificar los virus con exactitud. En 1986, Ernst Ruska obtiene el Premio Nobel de Física por su invento.

Los microscopios electrónicos modernos alcanzan una resolución de hasta 0,1 nanómetros y, por ejemplo, permiten a los investigadores indagar al detalle las proteínas.

Ernst Ruska junto al microscopio electrónico, en torno a 1955

Microscopio electrónico moderno

En 1846, el astrónomo berlinés Johann Gottfried Galle descubre el planeta Neptuno. El telescopio que utiliza para ello es el mejor de los mejores de su época. Procede del taller del óptico bávaro Joseph von Fraunhofer. Él y nadie más sabe fabricar, a principios del siglo XIX, lentes sin estrías ni burbujas de la máxima calidad.

Los telescopios modernos son muchísimo más potentes: El “Very Large Telescope” (VLT, telescopio muy grande), por ejemplo, compuesto por cuatro grandes telescopios unidos entre sí, podría incluso reconocer los faros de un coche en la Luna como puntos de luz separados. Actualmente, los científicos del instituto Max Planck investigan con el VLT el agujero negro que se encuentra en el centro de nuestra Vía Láctea.

Casi se pueden tocar las estrellas en el desierto con el cielo despejado

El “Very Large Telescope” (VLT) en el desierto chileno de Atacama