Milka y las 24 horasEn 2007, la piloto venezolana Milka Dunoconquistó el segundo lugar de las 24 Horasde Daytona, por lo que entró en los librosde récords al convertirse en la mujer mejorclasificada en la historia de esta carrera.Página 6.

Nave del Emperador pasando a la velocidad de la luz. Guerra de las galaxias (2003)

¿Qué es un espectro?Es una huella digital muy útil paradeterminar la composición químicay estado termodinámico de un objeto.Página 2.

Fascículo 15

RETO¿Por qué las placas solaresson negras y están orienta-das hacia el sur?

Página 4.

SABÍAS QUE...La máxima velocidad que puede alcanzar un objetofísico es la velocidad de la luz, la cual en el vacío esde aproximadamente 300.000 km/s. ¿Por quéentonces las naves espaciales en la película Guerrade las galaxias se mueven a velocidades mayores?

La luz, esencia del Universo

fundación EMPRESAS POLAR > física a diario > fascículo 15

¿Qué es un espectro?Fisicosas

Los objetos del Universo emiten luz, y si esa radiación se descompone en su rango de colores(longitudes de onda) usando un prisma o una red de difracción, obtenemos el espectro.Éste es una huella digital muy útil de la composición química y estado termodinámico(temperatura, densidad y presión) del objeto, un arco iris personalizado que se convierteen la cédula de identidad tanto de un compuesto químico en un laboratorio como de unaestrella en una galaxia lejana. Los espectros astronómicos nos han permitido, por ejemplo,concluir que todos los cuerpos y entidades del Universo están compuestos de los mismoselementos químicos que nos son familiares aquí en la Tierra.Los espectros son el resultado de las transiciones energéticas en las estructuras molecularesy atómicas de los constituyentes del objeto. Estas estructuras se caracterizan por unas seriesde niveles energéticos muy propios y, como las transiciones son de estado a estado, danorigen a líneas espectrales de colores identificables. En realidad, estas series espectralespueden ocurrir en todo el espectro electromagnético, en regiones donde ya no se habla decolores visibles sino de rayos X, ultravioleta, infrarrojo, microondas o el radio. Así que descifrarestas complicadas huellas digitales para entender dónde se originaron requiere a veces,valga la broma, la ayuda del equipo de CSI (Escena del crimen).

Isbelia Martín (Universidad Simón Bolívar, Caracas)

Claudio Mendoza (IVIC/CeCalCULA)

700Sol

600 500 400

G430,8

F486,1517,2

b518,3

E527

D2589

D1589,6

C656,3

B687

700Hidrógeno H

600 500 400

656,3 486,1 431 410,1

Serie de Lyman

1 -13,6

Serie de Balmer

Serie de Paschen-1,51

-0,85

-3,40

En (eV)n

4

3

2

Niveles energéticos del hidróge-no mostrando las series espec-trales de Lyman, Balmer yPaschen

Comparación de la serie espectral de Balmerdel hidrógeno con el espectro del Sol. En esteúltimo podemos notar líneas espectralesoscuras que se deben a transiciones donde seabsorbe la luz.

0

rcángel Becerra es un furioso crítico de la forma como se enseña–y se aprende ciencia– en Venezuela. “Uno de nuestros gravesproblemas –dice– es que aquí nadie enseña a estudiar, sino que

se enseña una materia. Muchas veces lo que se hace es repetir y copiaralgo que se ha visto en otro lado”.Este profesor de profesores, con más de 37 años de experiencia, usa lafrase “docente tapa amarilla” para definir a un maestro de poca calidad,que hace más énfasis en dictar contenidos que en asistir a los estudiantespara que hagan suyo el conocimiento. El propósito de “enseñar a estu-diar”, enfatiza, es que los alumnos sean capaces, con la orientación delos maestros, de procesar por sí solos los conocimientos, o interactuandocon los libros, demás compañeros y el maestro mismo.Lo que ocurre con la enseñanza de la física le sirve para ilustrar sus pos-tulados, pues considera que la educación actual no ha incorporado lasgrandes transformaciones que ha sufrido esta disciplina en el últimosiglo. “Quienes hacemos el currículo de estudios debemos de tener encuenta esas transformaciones”.Para el investigador, es necesario que el sistema educativo venezolanotrabaje para ponerse al día “y no seguir entrampados en concepcionesobsoletas”. Apunta que, al diseñar los programas para enseñar física, nopuede pasarse por alto que actualmente hay una revolución tecnológicaen marcha, en la que la principal protagonista es la irrupción de la nano-tecnología. Esta disciplina manipula los espacios moleculares, atómicosy subatómicos y entra en terrenos cuánticos, donde las leyes de la físicatradicional no sirven para explicar lo que ocurre. “La nanociencia estácambiando completamente la manera de representar la realidad. Losconceptos de la cuántica no son como los de la macrofísica”.Becerra se ha preocupado también por estudiar la forma en que loscientíficos hacen uso del lenguaje. “No hay un lenguaje de la ciencia,sino un dialecto que se queda restringido a un grupo. Si no se tiene cui-dado, entraremos en el mundo de Alicia en el país de las maravillas,donde las palabras significan lo que queremos que signifiquen”. Poneel ejemplo de los quarks que han sido bautizados de maneras capri-chosas, como “charm” (encanto) o “strange” (extraño), denominacionesque no tienen que ver con lo que se entiende por esas palabras en ellenguaje común.

Arcángel Becerra:

Becerra critica que se enseñe la física sin tomar en cuentalas grandes transformaciones que han supuesto en el últimosiglo disciplinas como la nanotecnología.Arcángel Becerra tiene 37 años como profesor de la UniversidadPedagógica Experimental Libertador. Se jubiló en 2001 y, ahora, cuentacon una sonrisa, va más seguido al trabajo. “Aprovecho para sentarmecon tranquilidad a estudiar”. Produce continuamente artículos deinvestigación y entre su obra reciente está el texto Thesaurus curricularde la educación superior, donde desarrolla sus postulados acerca decómo debe ser una enseñanza de calidad.Se graduó como físico nuclear, con una maestría en Ciencias Físico-matemáticas en Bielorrusia, antigua Unión Soviética. Entre lasasignaturas que ha dictado están física general, mecánica,termodinámica, física moderna y física cuántica, entre otras.

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La primera Escuela de Física del paísn 1954, en plena dictadura del general Marcos Pérez Jiménez, vino al país el físicoargentino Manuel Bemporad (1923-2007) –ilustración. Se había graduado de doctoren Física en la Universidad de La Plata (1951), y en Argentina trabajó en la Comisión

Nacional de Energía Atómica. Sin embargo, dado el carácter represivo del gobierno delgeneral Juan Domingo Perón, optó por emigrar.Cuando llega a Caracas (1954), la Facultad de Ingeniería estaba instalándose en la CiudadUniversitaria de la Universidad Central de Venezuela (UCV), todavía en construcción. Bemporadse entrevista con el director de la Escuela, Marcelo González Molina, quien estaba interesadoen instalar un laboratorio de física con equipos modernos para las prácticas, y le contrata paraque lleve a cabo esa tarea.Al año siguiente (1955), Bemporad convence a las autoridades de la Facultad de crear unaEscuela de Física y Matemáticas, en apoyo a otro profesor exilado, el español Ángel PalacioGros, quien también pensaba que la universidad debería tener estudios en estas disciplinas.En 1958, cuando se le devuelve a la UCV su autonomía, se funda la Facultad de Cienciasintegrada por las Escuelas de Biología, de Química y de Física y Matemática. Se contrataronfísicos extranjeros para dar clase y, en 1961-1962, se graduaron los primeros físicos: EmidioPrata Caramadre, Lutz Dohnert Hueck y Miroslav Vetrovec. Dohnert y Vetrovec se incorporaronposteriormente como profesores y, hasta 1965, sólo se habían graduado 11 físicos.

La física en la historia

“un docente debe enseñar a estudiar”

Yajaira Freites, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Caracas

Manuel Bautista, Instituto Venezolano deInvestigaciones Científicas, Caracas

odos conocemos la luz como lafuente que da brillo y claridad anuestro entorno, permitiéndonos

percibir mediante la vista al mundo mate-rial que nos rodea. Pero, ¿de qué está he-cha la luz?, ¿cómo funciona?, ¿cómo setransporta desde las estrellas más distantesdel Universo hasta nosotros? Estas pregun-tas han sido algunos de los mayores miste-rios de la naturaleza, cuyo entendimientoha avanzado gracias a la investigacióncientífica y a los aportes de algunas de lasmentes más brillantes.Con el propósito de explicar algunas pro-piedades de la luz, como la habilidad deviajar en línea recta y la reflexión en super-ficies, Isaac Newton postuló a fines delsiglo XVII que la luz estaba compuesta porpequeñas partículas. Sin embargo, estemodelo tenía problemas para explicarotras dos propiedades: la refracción1 y ladifracción2 . Para poder explicar estos fenó-menos, Newton propuso en 1704 el llama-do “medio etéreo” o “éter” compuesto porpartículas aún más pequeñas que las dela luz. En el éter se transmitirían las vibra-ciones de forma más rápida que la propialuz y serían capaces de determinar su direc-ción de propagación. De allí el origen dela refracción y la difracción.El concepto de éter tuvo el problema deque nadie pudo comprobar su existencia,y diversos experimentos demostraron que,de existir, no se comportaría como ningunaforma de materia conocida. Por otra parte,se observaba que las propiedades de laluz de reflexión, refracción y difraccióneran propias de todas las ondas, similaresa las que se propagan en la superficie delagua o al mismo sonido. La luz empezóentonces a entenderse como una onda.Pero, ¿cómo se transmite la luz? Considere-mos la luz de una estrella, por ejemplo,Vega que es una de las más brillantes enlos cielos del hemisferio Norte. Vega estáa una distancia de 26 años luz (246 x1012km). La luz parte de Vega, atraviesa elespacio vacío, cruza la atmósfera terrestrey llega a nuestros ojos 26 años después.Es claro que el sonido no puede transmitir-se a tan largas distancias en el espacioporque no hay suficiente densidad demateria para propagarlo. Entonces, ¿cómolo logra la luz?

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La respuesta fue descubierta por JamesClerk Maxwell a fines del siglo XIX. Lasvibraciones de los campos eléctricos omagnéticos pueden atravesar el espaciosin ningún medio que las transporte. Laluz es una clase particular de vibraciónelectromagnética, con componentes tantoeléctricos como magnéticos relacionadosentre sí según las llamadas ecuaciones deMaxwell. Cuando la luz entra al ojo huma-no, las vibraciones eléctricas y magnéticasestimulan las terminaciones nerviosas, lascuales a su vez transmiten la informaciónal cerebro.Hay tres parámetros fundamentales quedescriben una onda electromagnética: la

amplitud (eléctrica y magnética), la velo-cidad de propagación y la frecuencia.La amplitud controla la intensidad de laluz, es decir su brillo. Cuanto más alta laamplitud, mayor la intensidad.La velocidad de la luz en el vacío es unaconstante de la naturaleza y tiene un valoraproximado de 300.000 km/s. De hecho,es un postulado de la física moderna quela velocidad de la luz en el vacío es la másalta posible a la cual se puede intercambiarinformación. Al viajar en otros medios,como el aire, el agua o el vidrio, la veloci-dad se reduce según las llamadas constan-tes de permeabilidad y permitividad delmedio que describen su capacidad de

La luz, esencia del Universo

108-10-1 10-1-10-3 10-3-10-5 10-7-10-8 10-8-10-11 10-11-10-15

106-1010 1010-1012 1012-1015 1016-1017 1017-1021 1021-1024

Baja frecuencia – Longitud larga de onda

Alta frecuencia – Corta longitud de onda

700 600 500 400

Espectro visibleLongitud de onda (nm)

Luz infrarrojaLuz

ultravioleta

Edificios Gente Hormiga Ojo de aguja Protozoa Virus Proteína Átomo Núcleodel átomo

1015-1016

10-6-10-7

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El cambio de los cuerpos a luz, y de luz a loscuerpos, se apega a la ruta de la Naturaleza

a la cual le encanta las transmutaciones.

Isaac Newton (Inglaterra, 1643-1727)

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respuesta a los cambios producidos porlos campos magnéticos y eléctricos. Paratener una idea de su rapidez, podemosconsiderar que un rayo de luz viaja de laTierra a la Luna en poco más de un segun-do, mientras que al cohete Apolo, que llevóa los primeros hombres a la Luna, le tomótres días; es decir, una velocidad 260.000veces más lento que la luz.El tercer parámetro propio de la luz es sufrecuencia, la cual describe la rapidez deoscilación de la onda. El ojo humano essensible sólo a un estrecho intervalo delespectro de frecuencias (el visible), de allíque el valor exacto de la frecuenciadetermina el color de luz que observamos.

El espectro completo de radiación electro-magnética va desde los rayos gamma amuy altas frecuencias, pasando por losrayos X y el ultravioleta, hasta llegar al visi-ble a frecuencias moderadas. A menoresfrecuencias están el infrarrojo, las microon-das y, finalmente, las ondas de radio.Sin embargo, nuestro concepto de la luzcambió nuevamente en el siglo XX con lasteorías de Einstein, quien propuso que laluz estaría compuesta por partículas llama-das “fotones”. Pero estas partículas seríanmuy diferentes a las de Newton. Los foto-nes son parte de una nueva clase de partí-culas sin masa, que viajan a la velocidadde la luz llevando energía y no requieren

de medio material para propagarse.Además, los fotones cumplen con todaslas mismas propiedades de las ondas. Estenuevo concepto de luz como partícula per-mitió explicar el llamado efecto fotoeléc-trico en el cual los materiales sólidospueden absorber luz y, en respuesta, emitircargas eléctricas (electrones libres). Perocada material presenta un valor de umbralpara la frecuencia de la luz que absorbe;cuando es inferior, no se produce laabsorción. Por otra parte, la cantidad decarga emitida por el material dependedirectamente de la intensidad de la luzabsorbida. De todo esto Einstein dedujoaudazmente que la energía que transpor-taba el fotón era directamente proporcio-nal a su frecuencia, mientras que el númerode fotones del haz de luz estaba relacio-nado con la amplitud de la onda.El concepto aceptado de la luz es que sepuede comportar como onda y como par-tícula, un concepto conocido como ladualidad de la materia, que es la base dela teoría moderna de la mecánica cuántica.Hoy en día se estudia la luz en experi-mentos muy finos en los que se puedencontar los fotones uno a uno, y observaren detalle el efecto fotoeléctrico sobremateriales a escalas microscópicas.Nuestro entendimiento sobre la luz haavanzado a lo largo de la historia de lahumanidad. Sin embargo, la última palabrasobre la naturaleza de la luz podría no estardicha porque la luz es parte de la esenciadel funcionamiento del Universo y sobreesto tenemos aún mucho que aprender.

La luz nos trae las noticias del Universo.William Henry Bragg (Inglaterra, 1862-1942)

ONDA ELECTROMAGNÉTICA

Cuando hablamos de luz,hablamos de la actividad

fundamental en que se basala existencia … La luz tiene

el potencial para todo.

1. Refracción es el cambio de dirección de la luz alpasar de un medio a otro, por ejemplo del aire alvidrio.2. Difracción es un fenómeno que ocurre cuando laluz pasa a través de un objeto o de una aperturamuy pequeña que interrumpe el haz. El fenómenoincluye cambio de dirección, dispersión e interfe-rencia de la luz.

David Bohm (EEUU, 1917-1992)

Efecto fotoeléctrico. El potasio necesita 2,0 eV para desprender un electrón

– –

ilka Duno (1972) –en la foto– interviene por primera vez en las prestigiosas 24 Horas deDaytona, al volante de un Dodge Viper del equipo británico Chamberlain, sumando unbrillante sexto lugar en su clase (febrero de 2001). En junio de ese mismo año, agrega

otra carrera de 24 horas a su lista, participando por primera vez en la carrera de Le Mans en unprototipo Reynard/Judd LMP 675. En enero de 2007, el equipo de esta venezolana logró el segundolugar en las 24 Horas de Daytona, por lo que entró en los libros de récords de la tradicional compe-tencia norteamericana al convertirse en la mujer mejor clasificada en su historia.Los equipos para competir en estas largas carreras están constituidos por tres pilotosque conducen relevándose.Las 24 Horas de Le Mans (Francia) y las de la Rolex 24 de Daytona (EEUU) son lasmás famosas competencias donde los vehículos tienen, como parte de su equipa-miento, una serie de faros de alta potencia que les permite visibilidad en las horasnocturnas.La carrera de Le Mans del año 2007 fue ganada por un vehículo Audi R10 TDI(foto inferior) con un equipo totalmente computarizado, con faros delanteros ytraseros conformados por muchísimos diodos emisores de luz (LED), lo que aumentauna de las normas de seguridad del automovilismo: ver y que te vean.El LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivosemiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es decir, con un espectromuy angosto cuando se polariza de forma directa y es atravesado por una corrienteeléctrica.La intensidad luminosa de cualquier fuente de luz se define como la cantidad deflujo luminoso que se propaga en una dirección dada, que emerge, atraviesa o incide sobreuna superficie por unidad de ángulo sólido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional(SI) es la candela (cd).La intensidad luminosa está dada por I = F/Ω donde F es el flujo luminoso en lúmenes y Ωes el elemento diferencial de ángulo sólido en estereorradianes.El lumen (símbolo lm) es la unidad del SI para medir el flujo luminoso. La relación entre vatiosy lúmenes se llama eficacia luminosa de la radiación y tiene valor:1 vatio-luz a 555 nm = 683 lm. Recordemos que 555 nm = 555 nanómetros, que es la longitudde onda a la que corresponde el verde de la luz visible.

Prueba y verás

repara un café negro y un café marrón. Paraello toma dos tazas de café iguales y viertedos cucharaditas de café instantáneo en

una taza; en la otra, coloca una cucharadita decafé instantáneo y una de leche en polvo. Ponagua a hervir y, una vez que hierva, echa la mismacantidad de agua en cada taza y revuélvelas.

Con cuidado de no quemarte los labios y lalengua, prueba a ver cuál de los dos cafés sepuede tomar antes. Verás que el café negro sedeja beber primero porque se enfría antes queel marrón. ¿Por qué?

Todo cuerpo absorbe y emite energía por radia-ción, pero la emisividad del cuerpo negro esmayor que la del cuerpo marrón. Esta propiedadrecibe el nombre de radiación del cuerpo negro,y se conoce desde fines del siglo XIX. De estamanera el café negro irradia más energía que elcafé marrón y se enfría más rápido.

Parque Tecnológico de Mérida

El negro o el marrón

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24 horas de carreraDeportes

Rogelio F. Chovet

Construye un espectroscopioMateriales. 1 disco compacto (CD), una cuchillao tijeras fuertes y una cajita de fósforos grande.Procedimiento.• Vacía la cajita de fósforos y guarda las cerillas.• Corta con las tijeras, teniendo mucho cuidado,

un trozo del CD. Cortar un CD produce puntasafiladas que pueden causarte daño. Pide laayuda o supervisión de un adulto para estepaso.

• Las dimensiones del trozo han de ser compa-rables con el tamaño de la cajita de fósforos.Coloca el trozo del CD en el fondo de la cajitacon la película hacia arriba.

• Sobre la cajita de fósforos abre una pestañaque servirá de rendija de observación.

• Prueba el espectroscopio con diferentes fuen-tes de luz. Abre un poco la caja de fósforos ydirige la rendija hacia un tubo fluorescente oa una lámpara de luz común (filamento detungsteno). Busca avisos de publicidad quetengan tubos de luz de colores. En los avisosde turno de las farmacias encontrarás fácil-mente tubos de descarga. Puedes usarlos sies un día soleado pero sin dirigir la rendija deentrada directamente al Sol.

• Recordemos que las longitudes de onda de laluz están expresadas en nanómetros, abrevia-do nm. Un nanómetro es igual a 1 metro divi-dido entre 1 000 000 000, o sea mil millones.Es realmente una longitud muy, muy pequeña.

América M. Sáenz Guzmán, Colegio Santiago de León de Caracas, Caracas

Instrumento que permite descomponer la luz en su espectro

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La aurora boreala aurora boreal es un fenómeno deluminiscencia atmosférica de hermosocolorido que se produce en deter-

minadas latitudes del planeta, por lo generalcerca de los polos y depende de las condi-ciones atmosféricas.

El Sol, además de radiar luz hacia la Tierra,emite toda una gama de otras partículas.Algunas de ellas traspasan el planeta comosi éste no existiera, otras atraviesan la atmós-fera y chocan contra la superficie terrestre yotro tipo choca con la atmósfera y no lograpasarla. Estas últimas son las responsablesde las auroras boreales, donde podemosencontrar partículas con carga eléctricapositiva y negativa, las cuales, al acercarse anuestro planeta, interaccionan con el campomagnético terrestre formando corrientes quese dirigen a los polos. Una vez allí, chocancon las moléculas que conforman laatmósfera produciendo un fenómeno deluminiscencia de rara belleza.

Ángel Delgado, Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Caracas

Curiosidades

Investiga: ¿Qué son espectros de emisión y de absorción?

Rendija de observación

Trozo de CD

Caja de fósforos

Fuente luminosa

Ojo

Telescopio Espacial HubbleLas siete maravillas de la física

esde que Galileo apuntó su telescopio hacia los cielos en 1610, nohabía habido un evento que cambiara más nuestro entendimientodel Universo que el Telescopio Espacial Hubble. El Hubble orbita a

una altura de 600 km sobre la Tierra, trabajando día y noche para descifrar lossecretos del Universo. Utiliza una precisión de enfoque excelente, una ópticapoderosa e instrumentación de frontera para proveer asombrosas vistas delUniverso que no se pueden obtener con los telescopios terrestres u otros saté-lites. El Hubble fue diseñado en la década de 1970 y lanzado en 1990. Graciasal servicio de mantenimiento en órbita de los astronautas del transbordadorespacial de la NASA, el Hubble es prácticamente un telescopio espacial modelo2007 totalmente al día.

El telescopio provee información crucial para entender la estructura de nuestroUniverso. Continuamente comprueba teorías físicas y revela nuevos fenómenosen todo el Universo, especialmente por medio de las investigaciones deambientes extremos. Ayuda a los científicos a comprender la geometría ydestino del Universo. Su instrumentación ha permitido arrojar luz sobre ladinámica y evolución química de las galaxias y estrellas, y el intercambio demateria y energía entre las estrellas y el medio interestelar. Ha expandido elconocimiento sobre cómo las estrellas y los sistemas planetarios se formanen conjunto. El Hubble nos ha dado imágenes detalladas que nos permitenentender la naturaleza e historia de nuestro Sistema Solar, y lo que hace a laTierra similar pero al mismo tiempo distinta de nuestros vecinos planetarios.

Claudio Mendoza, IVIC/CeCalCULA

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Planeta Tierra: su lugar en el Universo

Nuestro planeta, la Tierra, con un radio de unos 6.400 kmy circunferencia de unos 40.000 km, nos parece enorme.Sin embargo, cuando la ubicamos en el marco del Universo,comprendemos que no sólo es infinitésimamente pequeña,sino que inclusive el Sistema Solar que la contiene, con suestrella central el Sol, sus ocho planetas conocidos a lafecha, sus satélites, asteroides, cometas, meteoritos, polvoy gas, son sólo parte elemental de la Vía Láctea, una de losmillones de galaxias que conforman el espacio infinito.

No sabemos con exactitud cómo se formó el Sistema Solar.Lo que sí presumimos es que por la naturaleza de sus cons-tituyentes, prácticamente todos girando alrededor del Solen la misma dirección, tienen un origen común, que segúnla mayoría de las hipótesis ocurrió a partir de una inmensanube de gas y polvo estelar hace unos 4.600 millones deaños. El Sol es una estrella promedio compuesta de hidró-geno y helio a altísimas temperaturas, que nació dentrode un disco rotante de polvo y gas, y los planetas se forma-ron por colapso gravitacional en grandes bolsones de gas.

Tierra

Marte

Venus

Mercurio

Júpiter

Saturno

UranoNeptuno

Inírida Rodríguez, Universidad Central de Venezuela, Caracas

Fuente: The Hubble Project