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La ciencia del color: Síntesis aditiva versus síntesis sustractiva

En este artículo voy a hablar sobre la ciencia del color… suponiendo que el lector ya vio el video en YouTube sobre Teoría Aditiva y Teoría Sustractiva del color. Esto nos traerá a ambos beneficios: usted podrá seguir el hilo a este artículo, y nosotros sumamos visitas el video. Es un win-win.

Colores primarios aditivos

En el video menciono que los colores primarios aditivos son: el rojo, el azul y el verde. Pero, ¿por qué estos tres? Sabemos que la luz blanca es la combinación de luces de todas las longitudes de onda de la región visible del espectro electromagnético. La siguiente figura muestra la curva de radiación (“brillo” en función de la frecuencia) de la luz solar:

Curva de radiación de la luz solar.

¿Por qué si juntamos luces de colores rojo, azul y verde obtenemos también luz blanca? Para poder explicarlo, debemos buscar dentro de nuestros ojos…

Conos y bastones

En la retina de los ojos de los vertebrados se encuentran unas células fotosensibles (es decir, sensibles a la luz) denominadas conos. Son estas células las responsables de la percepción del color, y se dividen en tres tipos según las frecuencias a las que son sensibles:

  • Long «L»: conos sensibles a las longitudes de onda altas (longitudes percibidas como rojas)
  • Medium «M»: conos sensibles a longitudes de onda intermedias (longitudes percibidas como verde)
  • Short «S»: conos sensibles a longitudes de onda bajas (longitudes percibidas como azules)

Así, cuando estimulamos los tres tipos de conos por igual, por ejemplo, al solapar luces de colores rojo, azul y verde, nuestros ojos perciben el color blanco. Es por ello entonces, que estos tres colores reciben el nombre de colores primarios aditivos.

En la retina existen otro tipo de células importantes para nuestra visión: los bastones. Estas células fotorreceptoras, a diferencia de los conos, no son capaces de diferenciar colores, aunque son de gran importancia para la visión en condiciones de escasa luminosidad… Es para estas células que resulta importante la incorporación de Vitamina A en nuestra dieta: una deficiencia de esta vitamina puede llevar a la xeroftalmía (sequedad de la conjuntiva) o a una ceguera nocturna, entre otros trastornos.

Conos (azules) y bastones (verdes), imagen tomada en microscopio electrónico de barrido. Imagen tomada de: https://ar.pinterest.com/pin/294071050653913076/

Si te dijeron que comer zanahorias te ayudaría a ver mejor de lejos… te mintieron. Pero sí te ayudará a una correcta visión nocturna. Volvamos ahora sí, a los colores.

Green was the color of the grass…

Si bien el ojo humano es sensible a un amplio rango de longitudes de onda, no las percibe con la misma sensibilidad a todas ellas. En la siguiente figura se muestra la sensibilidad de los distintos tipos de conos en función de las longitudes de onda. Se puede observar que los conos L y M presentan sensibilidad a un rango de longitudes de onda mayor que para el caso de los conos S, y que este rango abarca gran parte de las longitudes de ondas correspondientes a los colores verdes y amarillos.

Sensibilidad de los tres tipos de conos en función de la longitud de onda de la luz.

Si a este hecho le sumamos que de los conos presentes en la retina, el 60% son del tipo «L», el 30% del tipo «M» y solamente el 10% del tipo «S», es fácil comprender por qué el ojo humano es más sensible a los colores amarillos y verdes. Este hecho se aprovecha en, por ejemplo, la señalización en rutas y carreteras, así como en los chalecos reflectivos utilizados para visibilizar a distintos trabajadores: en general estos objetos son de colores verdes y amarillos.

I once believed love would be black and white…

Es sabido que no todos los animales perciben la luz de la misma manera. Por ejemplo, no todos los mamíferos tienen tres tipos de conos: la gran mayoría de ellos poseen únicamente dos. Para el caso particular de los perros, estos dos tipos de conos perciben con mayor sensibilidad el amarillo y el azul (y ultravioleta). Debido a esto es común decir que el mejor amigo del ser humano ve «en blanco y negro».

You showed me colors you know I can’t see with anyone else…

En la canción «illicit affairs» de Taylor Swift, la protagonista le reclama a su amante que «le enseñó a ver colores que no puede ver con nadie más». ¿Cómo sería esto posible?

Las aves poseen cuatro tipos de conos en sus retinas, lo que da lugar a un cuarto fotorreceptor. Este es sensible a longitudes de onda más cortas que las detectables por el ojo humano: tienen «visión ultravioleta». Al tener un rango de longitudes de onda visible más amplio que el del ser humano, no sería raro pensar que las aves pueden percibir otros colores que no somos capaces de imaginar. A lo mejor a la protagonista de «illicit affairs» le realizaron una especie de transplante de ojo, pero con el tipo de ojo equivocado…

Colores complementarios

Volvamos ahora al estudio de los colores…

¿Qué ocurriría si en vez de solapar luces de los tres colores primarios, solapamos solamente dos? Obtendríamos las siguientes combinaciones y resultados:

  • Rojo + Azul = Magenta
  • Rojo + Verde = Amarillo
  • Azul + Verde = Cian

A estos tres nuevos colores se los conoce como colores secundarios aditivos. Ahora bien, ¿qué ocurriría si realizamos las siguientes sumas (de luces de colores)?

  • Verde + Magenta = Verde + (Rojo + Azul) = BLANCO
  • Azul + Amarillo = Azul + (Rojo + Verde) = BLANCO
  • Rojo + Cian = Rojo + (Azul + Verde) = BLANCO

Al par de colores que forman blanco (en la síntesis aditiva) se los conoce como colores complementarios. Este efecto de producción de luz blanca a partir de dos luces de colores complementarios se suele aprovechar en el teatro: por ejemplo, cuando se juntan luces azules y amarillas en determinado sector para que la iluminación final sea blanca.

Colores primarios sustractivos

Sabemos que las reglas para la mezcla de colores cambian cuando estamos trabajando con tintes o pinturas. En este caso, los colores primarios sustractivos son el cian, el magenta y el amarillo (¡sí! Los colores secundarios aditivos son los colores primarios SUSTRACTIVOS).

¿Qué ocurre si mezclamos dos colores primarios sustractivos? Los resultados serán los siguientes:

  • Cian + Magenta = Azul
  • Magenta + Amarillo = Rojo
  • Amarillo + Cian = Verde

En la síntesis sustractiva del color, el rojo, azul y amarillo son colores secundarios.

Gave me the blues (and then purple and pink) skies

El cielo ha sido motivo de desvelo no sólo para los científicos, sino también para los artistas (o científicos y artistas, la combinación está permitida). Quizás el cuadro nocturno más conocido a nivel mundial sea La Noche Estrellada de Vincent Van Gogh. Las estrellas brillantes, el cielo ondulado, el azul ultramar predominante en el cuadro… Pero, ¿qué tiene que ver Van Gogh con la ciencia?

La noche estrellada. Óleo sobre lienzo. Vincent Van Gogh (1889)

Desde la antigüedad hasta alrededor del siglo XIX, la forma de impregnar diversos materiales de azul ultramarino era a través de un polvo extraído de la piedra lapislázuli. En particular, de los minerales que componen esta piedra, es la lazurita una de las encargadas de brindar este tono de azul tan particular.

El polvo extraído de lapislázuli se encuentra en diversas piezas históricas, como la Máscara funeraria de Tutankamón (izquierda), y en cientos de pinturas, como La joven de la perla (derecha), del pintor neerlandés, Johanes Vermeer (1667).

Sin embargo, extraer un pigmento de una piedra semipreciosa no era conveniente para el bolsillo de los artistas. Esto llevó en 1826 a la Sociedad para el fomento de la industria nacional (de Francia) a ofrecer un premio a quien descubriera un procedimiento económico para elaborar un azul ultramarino similar al del lapislázuli. Tanto el francés Jean Baptiste Guimet (1826) como el alemán Christian Gmelin (1828) lograron dar con el procedimiento requerido, a partir de una mezcla de arcilla, azufre, soda cáustica y carbón. Pintar cielos de color ultramarino ya no sería un problema.

Volviendo a La noche estrellada, en el 2008 científicos del Instituto de Tecnologías de Rochester y el Museo de Arte Moderno de New York, llevaron a cabo una investigación para determinar los pigmentos utilizados por Van Gogh en el famoso cuadro. Este estudio se realizó con el método de formación de imágenes multiespectrales1.

Multispectral Imaging del cuadro Madonna con niño. Imagen tomada de Cosentino (2014).

El análisis dio como resultado que el cielo azul profundo que rodea a las estrellas se pintó, principalmente, con ultramarino artificial (este es el momento en el que le damos gracias a Guimet y Gmelin), mientras que el azul claro que compone las olas del cielo se realizó con azul cobalto.

Ciencia y arte están mucho más relacionadas de lo que solemos pensar. La ciencia detrás del color es extensa, tanto así que podemos hablar del espectro electromagnético, Taylor Swift y Van Gogh en un mismo artículo…¡Nos leemos en la próxima entrega!

Notas

1 Este método adquiere la imagen a analizar en distintos rangos de longitudes de onda del espectro electromagnético. Para el caso de análisis de cuadros, algunas regiones utilizadas son regiones ultravioleta, visible e infrarroja.

Bibliografía

Hewitt, P. (2016). Física Conceptual. Pearson Educación, México.

Cortés Parejo, J. (2000). La Percepción del Color.

Pérez-Rodriguez, L. (2009). La belleza está en el ojo que mira: la visión del color en las aves.

Cosentino, A. (2014). Identification of pigments by multispectral imaging; a flowchart method. Heritage Science, 2:8.

Van Gogh, The Starry Night. Págnia ColourLex. Última vez consultada: 08 de Abril de 2022.

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