El Hubble en tu teléfono

Los avances de la tecnología en las últimas décadas nos permiten conocer mejor el universo, y también fotografiar nuestros momentos personales más relevantes o más tontos.

La imagen del campo ultraprofundo tomada por el Hubble
en 2009. Haga clic en ella para verla a más resolución.
Cada punto de luz es una galaxia que contiene miles de
millones de estrellas. (Foto D.P. NASA, vía Wikimedia Commons).  

Convertir lo que vemos en una imagen perdurable no ha sido nada fácil. La pintura lo intentó desde los inicios mismos de la humanidad, probablemente a cargo de una especie antecesora de la nuestra, el Homo habilis.

Pero no fue sino hasta la aparición de la fotografía que empezamos a conseguir una reproducción fiel, y también cada vez más económica, de la realidad. Como arte, como registro de la vida familiar y como auxiliar en numerosas ciencias y técnicas (desde la microscopía hasta la fotocomposición y reproducción de obras de arte), la fotografía fue una de las grandes revoluciones del siglo XIX y XX.

Así, por ejemplo, las asombrosas fotografías tomadas en la Luna por Neil Armstrong y Bzz Aldrin en la misión Apolo XI todavía utilizaron metros y metros de película que fue necesario llevar a nuestro satélite, exponer, traer de vuelta y revelar (proceso siempre temible, aunque probablemente los jóvenes ya nunca lo sabrán, y lleno de riesgos por contaminación de las diversas sustancias utilizadas para hacer visible especialmente la fotografía a color) para que la gente de nuestro planeta pudiera ver no sólo las tomas de la Luna, sino, por supuesto, la grandiosa toma de nuestro planeta colgando sobre el horizonte de nuestro satélite.

Precisamente con la idea de facilitar y miniaturizar la captura de imágenes en el espacio, considerando el altísimo coste de cada gramo que debe llevarse más allá de nuestra atmósfera, dos físicos, el estadounidense George E. Smith y el canadiense Willard Sterling Boyle, que trabajaban en la empresa AT&T Bell Labs, inventaron en 1969 un sistema llamado “dispositivo de carga acoplada” (charge-coupled device) mejor conocido como CCD. Según recordó George E. Smith, “Después de hacer el primer par de dispositivos de captura de imágenes, supimos con certeza que la fotografía química había muerto”.

Y, ciertamente, si bien sobrevivió una larga época, mientras los sensores CCD se hacían más sensibles, de mayor resolución y más fieles a la realidad, el declive de la fotografía química, que utilizaba sales de plata que se oscurecían donde había luz y no donde había oscuridad, comenzó en ese momento.

Y, de paso, el CCD también decretó la muerte de las cámaras de vídeo que utilizaban tubos de rayos catódicos para convertir las imágenes en señales eléctricas.

Smith y Boyle recibieron en 2009 el Premio Nobel de Física “por la invención de un circuito semiconductor capaz de capturar imágenes”. Este circuito semiconductor o CCD es, esencialmente, un grupo de diminutos capacitores que al ser alcanzados por la luz (es decir, por fotones), emiten electrones, es decir, adquieren una carga eléctrica que puede ser leída por un procesador e interpretada para recrear la imagen original. Usando distintos filtros, un sensor CCD puede detectar literalmente millones de colores con gran precisión.

El CCD no sólo cambió la historia de la fotografía y el vídeo (y, eventualmente, el cine), sino también la astronomía que usaba fotografías para capturar más luz de la que puede detectar el ojo humano.

El ejemplo más conocido de los CCD en astronomía es el del Hubble, un telescopio óptico con un espejo de 2,4 metros de diámetro y que cuenta con cámaras de CCD, espectrógrafos y filtros que le permiten “ver” en distintas frecuencias del espectro electromagnético. Su sistema para detectar luz visible es el ACS, con tres cámaras, una de las cuales realizó muchas de las más asombrosas imágenes que nos ha revelado el Hubble, de galaxias, nebulosas, viveros de estrellas y, muy especialmente, las tomas que nos han llevado cada vez más hacia los bordes de nuestro universo.

En 1995, los responsables del telescopio orbital decidieron seleccionar un pequeño segmento del cielo en apariencia totalmente vacío, en la constelación de Formax, y fotografiarlo en una larga, muy larga exposición, a ver qué había realmente allí. Entre el 18 y el 28 de diciembre, el Hubble miró fijamente ese punto, recolectando la luz que podía provenir de allá, débiles fotones que habían salido de su punto de origen miles de millones de años atrás.

Cuando el Hubble terminó, las imágenes que capturó se fusionaron en una fotografía en la que aparecían más de 3.000 objetos luminosos, casi todos ellos galaxias hasta entonces desconocidas, que se encuentran en las zonas más alejadas de nuestro universo.

En los años siguientes, el Hubble conseguiría varias imágenes más de campo ultraprofundo y profundo extremo, en pequeños fragmentos del campo profundo que han revelado miles y miles de galaxias más en los bordes mismos de nuestro universo. La luz de algunas de ellas salió hace 13.200 millones de años, apenas unos 450 millones de años después del nacimiento de nuestro universo en el Big Bang. En ellas vemos, efectivamente, cómo era el universo en sus inicios

Otra cámara más especializada “ve” en las frecuencias cercanas al ultravioleta y al infrarrojo es la llamada WFC3 (cámara de campo amplio 3) instalada en 2009, de gran sensibilidad, diseñada para minimizar el “ruido” que todos conocemos que muestran los sensores cuando hay poca luz… y con una definición de apenas 16 megapíxeles, una resolución común en las cámaras compactas para aficionados y que muy pronto alcanzarán los teléfonos inteligentes.

Y es que las cámaras para consumidores comunes y corrientes utilizan exactamente el mismo principio de capacitores capaces de convertir la luz en descargas eléctricas para capturar imágenes. La mayoría de las cámaras tienen un sistema llamado CMOS (siglas en inglés de “semiconductor de óxido metálico complementario) que resulta más fácil y barato de fabricar, que puede ser mucho más pequeño, aunque ha tardado en tener la calidad de imagen que ofrece un CCD.

En lo fundamental, el uso de un principio de la física cuántica para capturar imágenes, la cámara con la que suelen venir dotados nuestros teléfonos es simplemente una pariente pequeña, menos precisa y mucho menos costosa que las cámaras con las que dispositivos como el Hubble y los nuevos telescopios que lo sustituirán nos muestran los objetos luminosos más alejados del universo.

En el principio estuvo Einstein Todos los sensores de luz se basan en el efecto fotoeléctrico, un fenómeno descubierto por Albert Einstein en el cual una superficie, al recibir luz, emite electrones. El efecto fotoeléctrico fue la base de la idea de que la luz se comporta en ciertos casos como si fuera una onda y en otros como si fuera un flujo de partículas, la llamada “dualidad” que es la base de la moderna mecánica cuántica. El efecto fotoeléctrico fue el motivo por el que Einstein recibió el Nobel en 1921.

Fotografía: el momento irrepetible

Herramienta para la comunicación, las ciencias, la tecnología y el arte, la fotografía es una sucesión de encuentros entre distintas tecnologías e inventos.

"Vista desde la ventana en Le Gras", la primera
fotografía de la historia, obtenida por
Joseph Nicéphore Niépce en 1826.
(Imagen de D.P. vía Wikimedia Commons)

Supongamos una caja cerrada, ya sea pequeña o del tamaño de una habitación. En el centro de una de sus caras, abrimos un orificio diminuto. Sorprendentemente, las imágenes que estén frente al orificio en el exterior de la cámara se proyectarán en la cara opuesta dentro de la caja, pero invertidas.

Este fenómeno se explica porque, cuando los rayos de luz que viajan en línea recta pasan por un orificio pequeño en un material no demasiado espeso, no se dispersan, sino que se cruzan entre sí y vuelven a formar la imagen de cabeza. El orificio funciona como una lente y, de hecho, si utilizamos una lente en su lugar, se puede obtener tanto mayor nitidez como mayor luminosidad en la imagen reconstruida.

Este fenómeno fue descrito al menos desde el siglo V antes de la Era Común, por el filósofo chino Mo-Hi, quien llamó al lugar donde se veían las imágenes “habitación cerrada del tesoro”. En occidente, el principio también era entendido al menos desde Aristóteles, quien lo utilizó para observar eclipses de sol, práctica aún común para evitar ver el sol directamente.

En el siglo XVI se empezaron a utilizar lentes convexas en lugar del orificio y un espejo para invertir nuevamente la imagen y proyectarla en una superficie, creando un dispositivo portátil que durante siglos fue utilizado como auxiliar para el dibujo. Las habitaciones en las que se utilizaba el fenómeno para ver imágenes de gran tamaño fueron llamadas por el astrónomo Johannes Kepler “cámaras oscuras” , motivo por el cual llamamos “cámara” a cualquier dispositivo fotográfico o cinematográfico.

El siguiente paso era capturar las imágenes. Pero no pensaba en ello el alemán Johann Heinrich Schulze, que 1727, en uno de sus experimentos, mezcló tiza, ácido nítrico y plata observando que se oscurecía en el lado que estaba hacia la luz. Había creado la primera sustancia fotosensible conocida. Las experiencias ulteriores con sustancias sensibles a la luz tenían el problema de que las imágenes no se fijaban: la sustancia seguía reaccionando ante la luz y eventualmente era totalmente negra

Fue un francés, Joseph Nicéphore Niépce, quien experimentó durante años uniendo la cámara oscura y el trabajo de los químicos para hacer, en 1826, la primera cámara y la primera fotografía (misma que aún existe). Aplicó una mezcla de betún de Judea sobre una placa de peltre y la expuso desde su ventana durante ocho horas.

El siglo XIX fue escenario de experiencias con diversos materiales buscando obtener más nitidez, conseguir imágenes en menos tiempo y con menos luz, y poderlas conservar eficazmente, ya fuera en positivo, como en los daguerrotipos, o en negativo, proceso inventado por John Talbot y que permitía hacer las copias que se quisiera del original.

Las placas debían ser preparadas por el fotógrafo en el sitio, con una feria de aparatos y sustancias peligrosas, por lo que fue bienvenida la aparición de las “placas secas” de vidrio que tenían ya una sustancia fotosensible que se mantenían en la oscuridad antes y después de hacer la foto, para posteriormente revelarse. Su tiempo de exposición era tan pequeño que las cámaras fotográficas pudieron hacerse pequeñas y manuables.

El gran salto para la popularización de la fotografía lo dio el estadounidense George Eastman en 1889 con una película flexible, irrompible y que podía enrollarse, recubierta de una sustancia fotosensible que producía imágenes en negativo. Esto permitió hacer cámaras mucho más pequeñas y poner la tecnología fotográfica al alcance de todo el mundo. Ya no se necesitaba tener un laboratorio y saber manejarlo, bastaba “hacer la foto” y llevar el rollo a un técnico que se encargaría de revelarlo y hacer cuantas copias se quisiera.

El siglo XX se dedicó a perfeccionar la tecnología haciéndola más rápida, más eficaz, más precisa y trayendo al público, en 1940, la fotografía en color. Era una nueva forma de arte, pero también una herramienta documental y científica que permitió ver lo que nunca se había podido ver, como el momento en que una bala traspasa una manzana, imágenes infrarrojas y ultravioleta, y una enorme cantidad de accesorios alrededor del humilde principio de la cámara oscura.

En 1975, el ingeniero Steven Sasson, de la empresa de George Eastman, Kodak, creó la primera cámara fotográfica digital, a partir de tecnología de vídeo ya existente. En vez de utilizar una sustancia química fotosensible de un solo uso, estas cámaras emplean sensores electrónicos que detectan la luz y la convierten en una carga eléctrica. La cámara de Sasson tenía una resolución de sólo 100x100 píxeles (10.000 píxeles, comparados con los varios millones de píxeles que tiene cualquier cámara barata hoy en día), tardaba 23 segundos en registrar una imagen y pesaba más de 4 kilos.

El desarrollo de la fotografía digital fue muy rápido. La primera cámara para el consumidor fue lanzada en 1988-1989 y para 1991 había cámaras profesionales comerciales con más de un megapíxel (un millón de píxeles) de resolución, todas en blanco y negro. El color digital llegó en 1994 y de modo acelerado se ofreció comercialmente una sucesión de cámaras con más píxeles, más nitidez, mejor óptica, mejor almacenamiento (con la aparición de las tarjetas flash) y, sobre todo, precios cada vez más bajos.

La última gran revolución de la fotografía digital fue su integración en 2002 a los teléfonos móviles, que habían aparecido en 1983 (aunque no fueron realmente portátiles sino hasta 1989). A futuro se habla por igual de fotografía en 3 dimensiones (viejo sueño) como de perspectivas totalmente nuevas.

En 2011 se presentó una nueva cámara, Lytro, que en lugar de capturar la luz según el principio de la cámara oscura, lo hace interpretando campos de luz. El resultado son imágenes que no es necesario enfocar al momento de hacerlas, sino que el foco se decide en el ordenador posteriormente, algo que además de tener grandes posibilidades profesionales puede ser una ayuda enorme para el aficionado.

Las tragedias de Kodak El popularizador de la fotografía, George Eastman, se suicidó en 1932 víctima de terribles dolores por una afección en la columna vertebral. Su empresa, Eastman Kodak, que fue la vanguardia de la fotografía durante más de 100 años, solicitó protección contra la quiebra en 2012, herida por la muerte de la película fotográfica y embarcada en una serie de litigios para conseguir el pago de sus patentes de fotografía digital por parte de otros fabricantes. La empresa se dedicará, si sobrevive, al papel fotográfico y la impresión por chorro de tinta, y licenciando su bien conocida marca a otras firmas.