Los científicos de la Universidad de Radboud han logrado hacer lo que nunca se había intentado antes:describir con precisión cómo las moléculas de oxígeno en colisión absorben la luz. Nuestra atmósfera consta de aproximadamente un 20 por ciento de moléculas de oxígeno, que chocan constantemente entre sí y con el 80 por ciento de las moléculas de nitrógeno, y al hacerlo absorber la luz. La nueva teoría describe el mecanismo por el cual esto ocurre. Este descubrimiento permitirá a los investigadores del clima determinar con mucha más precisión las concentraciones de las moléculas que contaminan la atmósfera y contribuyen al efecto invernadero.

Con la ayuda de satélites en el espacio, podemos medir con precisión los principales contaminantes y gases de efecto invernadero en la atmósfera. Con el fin de hacerlo, los satélites observan el espectro de luz solar que atraviesa la atmósfera. Las moléculas de varios gases atmosféricos absorben la luz solar, y esta absorción ocurre a diferentes longitudes de onda para cada gas. Dado que se conoce la 'huella digital' (el espectro) de cada uno de los diferentes gases, los científicos ahora saben más sobre la presencia y concentración de cada uno de estos gases.

Para corregir estas mediciones por los efectos de las nubes y los cambios en la presión del aire, la absorción de oxígeno se mide como referencia, porque sabemos exactamente cuánto oxígeno hay en la atmósfera. Los científicos de la Universidad de Radboud ahora muestran que la 'huella digital' del oxígeno es diferente de lo que se creía, porque está fuertemente influenciado por colisiones con nitrógeno y colisiones con otras moléculas de oxígeno.

Absorción de luz por colisión

Oxígeno, en forma de moléculas de O2, es, después de nitrógeno (N2), el gas más común en la atmósfera. Las moléculas estables casi nunca son magnéticas, pero el oxígeno lo es. Cuando una molécula de oxígeno o nitrógeno choca con otra partícula, hay un desplazamiento de las cargas eléctricas en la molécula. Se crea un dipolo que funciona como antena, permitiendo que la molécula absorba la luz. La teoría que se ha desarrollado ahora muestra que, Contrario a las expectativas, el efecto de las colisiones de oxígeno con otras moléculas de oxígeno es muy diferente del efecto de las colisiones con moléculas de nitrógeno. Se muestra que la razón de esta diferencia es que el oxígeno es magnético, mientras que el nitrógeno no lo es.

Medición de la absorción

Los científicos examinaron esto inicialmente con un experimento:en un tanque con gas oxígeno, midieron el espectro de absorción de luz por moléculas de oxígeno a diferentes presiones. Si la presión aumenta, las moléculas chocan con más frecuencia entre sí, lo que resulta en una mayor absorción de luz, pero también cambia la forma del espectro de absorción. Para entender esto, los científicos desarrollaron una nueva y complicada teoría para la absorción de luz por colisión de moléculas de oxígeno. Con la ayuda de esta teoría, las mediciones satelitales de la atmósfera se pueden interpretar con mayor precisión.

Parecía imposible ...

No era de ninguna manera seguro que el desarrollo de un buen modelo para la absorción de la luz mediante la colisión de moléculas de oxígeno fuera exitoso. El profesor de química teórica Gerrit Groenenboom:"Algunos científicos dijeron que nunca podríamos hacerlo. Y cuando empezamos, parecía como si ningún método pudiera proporcionar resultados fiables. Por último, con el uso de un método recientemente desarrollado, logramos mostrar eso, a pesar de cierto grado de incertidumbre, la forma del espectro se puede predecir con precisión ". También se demostró que esta forma se puede describir con una función analítica, que es conveniente para aplicaciones futuras.

Mismo experimento, resultado diferente

Los descubrimientos de los científicos también han ayudado a los astrónomos. Los científicos que examinan la atmósfera utilizan la base de datos HITRAN del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, que contiene los espectros de una gran colección de moléculas. Sin embargo, las mediciones del espectro de oxígeno realizadas por dos grupos de investigación diferentes proporcionaron resultados muy diferentes. No estaba claro cuál de los resultados era lo suficientemente fiable para incluirse en la base de datos. Este problema podría resolverse con la ayuda del modelo teórico desarrollado en Nijmegen:se demostró que la forma de la línea resultante de una de las dos mediciones difiere fundamentalmente de la teoría.

Esto no significa que el experimento en sí fuera incorrecto, sino más bien la interpretación de la misma. Investigador Tijs Karman:"Los astrónomos también usan esta base de datos para interpretar espectros de la atmósfera de exoplanetas y, por ejemplo, para ver si hay oxígeno presente, que se considera un signo de vida ".