Aunque la Luna carece de aire respirable, apenas alberga una atmósfera. Desde los años 80, los astrónomos han observado una capa muy fina de átomos en la superficie de la Luna. Esta delgada atmósfera, técnicamente conocida como “exosfera”, es probablemente producto de un tipo de clima espacial. Pero es difícil precisar con certeza cuáles podrían ser exactamente esos procesos.
Ahora, los científicos del MIT y la Universidad de Chicago dicen que han identificado el proceso clave que creó la atmósfera de la luna y la sostiene en la actualidad. Como lo muestra un estudio Avances de la cienciaEl equipo informa que la atmósfera lunar es principalmente producto de la “vaporización por impacto”.
En su estudio, los investigadores analizaron muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Su análisis sugiere que la superficie de la Luna ha sido bombardeada continuamente a lo largo de sus 4.500 millones de años de historia, primero por grandes meteoritos y luego, más recientemente, por pequeños “micrometeoroides” del tamaño de polvo. Estos impactos constantes levantaron el suelo lunar, vaporizando ciertos átomos en contacto y elevando partículas al aire. Algunos átomos son expulsados al espacio, otros permanecen suspendidos en la luna, creando una atmósfera tenue que se repone constantemente a medida que los meteoritos golpean la superficie.
Los investigadores descubrieron que la evaporación por impacto es el principal proceso mediante el cual la Luna creó y mantuvo su atmósfera extremadamente delgada durante miles de millones de años.
“Damos una respuesta definitiva de que la evaporación por impacto de meteoritos es el proceso dominante que crea la atmósfera lunar”, dijo la autora principal del estudio, Nicole Nee, profesora asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. “La Luna tiene aproximadamente 4.500 millones de años, y durante ese tiempo la superficie ha sido bombardeada continuamente por meteoritos. Mostramos que eventualmente, una atmósfera delgada alcanza un estado estable mientras se repone constantemente mediante pequeños impactos en toda la Luna”.
Los coautores de Nie son Nicholas Dauphus, Zhe Zhang y Timo Hopp de la Universidad de Chicago y Menelaos Sarantos del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA.
Introducción a la meteorización
En 2013, la NASA envió un orbitador alrededor de la Luna para realizar algunas recuperaciones atmosféricas detalladas. El Explorador de la atmósfera lunar y el entorno de polvo (LADEE, pronunciado “Lady”) tuvo la tarea de recopilar de forma remota datos sobre la delgada atmósfera de la Luna, las condiciones de la superficie y los efectos ambientales sobre el polvo lunar.
La misión de LADEE fue diseñada para determinar el origen de la atmósfera de la Luna. Los científicos esperaban que las mediciones de la composición atmosférica y del suelo remoto de la sonda pudieran correlacionarse con procesos climáticos en lugares específicos que pudieran explicar cómo se formó la atmósfera de la luna.
Los investigadores sospechan que dos procesos de meteorización espacial desempeñan un papel en la formación de la atmósfera lunar: la evaporación por impacto y la “pulverización de iones”, un fenómeno que implica el viento solar, que transporta partículas cargadas de energía desde el Sol al espacio. Cuando estas partículas golpean la superficie de la luna, pueden transferir su energía a los átomos del suelo y hacer que esos átomos se dispersen y vuelen por el aire.
“Según los datos de LADEE, parece que ambos procesos están desempeñando un papel”, dijo Ni. “Por ejemplo, muestra que durante una lluvia de meteoritos se ven más átomos en la atmósfera, lo que significa que los impactos tienen un efecto. Pero también muestra que cuando la Luna está protegida del Sol, como durante un eclipse, hay También los átomos de la atmósfera, es decir, el sol, también influyen, los resultados no fueron claros ni cuantitativos”.
Respuesta en el suelo
Para determinar con mayor precisión el origen de la atmósfera lunar, Nie observó muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Él y sus colegas de la Universidad de Chicago obtuvieron 10 muestras de suelo lunar, cada una de las cuales medía alrededor de 100 miligramos, una pequeña cantidad que, según estima, cabría en una sola gota de lluvia.
Nie primero intentó separar dos elementos de cada muestra: potasio y rubidio. Ambos materiales son “volátiles”, lo que significa que se vaporizan fácilmente mediante impacto y pulverización iónica. Cada elemento existe en diferentes formas de isótopos. Un isótopo es una variación del mismo elemento que contiene la misma cantidad de protones pero una cantidad ligeramente diferente de neutrones. Por ejemplo, el potasio puede existir como uno de tres isótopos, cada uno con un neutrón más y ligeramente más pesado que el anterior. Asimismo, el rubidio tiene dos isótopos.
El equipo razonó que si la atmósfera de la luna contiene átomos que se vaporizan y suspenden en el aire, los isótopos más ligeros de esos átomos deberían estar más fácilmente en el aire, mientras que los isótopos más pesados tendrían más probabilidades de regresar a la tierra. Además, los científicos predicen que la evaporación por impacto y la pulverización iónica deberían dar como resultado proporciones isotópicas muy diferentes en el suelo. La proporción específica de isótopos ligeros y pesados que quedan en el suelo, tanto para el potasio como para el rubidio, debería revelar el principal mecanismo que contribuye al origen de la atmósfera lunar.
Con todo esto en mente, Nie analizó las muestras de Apollo moliendo primero el suelo hasta obtener un polvo fino y luego disolviendo los polvos en ácido para purificar y aislar las soluciones que contienen potasio y rubidio. Luego pasó estas soluciones a través de un espectrómetro de masas para medir los diferentes isótopos de potasio y rubidio en cada muestra.
Al final, el equipo descubrió que el suelo contenía principalmente isótopos pesados de potasio y rubidio. Los investigadores pudieron medir la proporción de isótopos pesados y ligeros tanto de potasio como de rubidio y, al comparar los dos elementos, descubrieron que la evaporación por impacto era probablemente el proceso dominante mediante el cual los átomos se vaporizaron y formaron la atmósfera de la luna.
“Con la vaporización por impacto, la mayoría de los átomos permanecerán en la atmósfera lunar, mientras que con la pulverización de iones, muchos de los átomos serán expulsados al espacio”, dijo Ni. “A partir de nuestro estudio, ahora podemos cuantificar el papel de ambos procesos, diciendo que la contribución relativa de la evaporación por impacto frente a la pulverización iónica es de aproximadamente 70:30 o más”. En otras palabras, el 70 por ciento o más de la atmósfera de la Luna es resultado de impactos de meteoritos, mientras que el 30 por ciento restante es resultado del viento solar.
“El descubrimiento de un efecto tan sutil es notable, gracias a la idea innovadora de combinar mediciones de isótopos de potasio y rubidio con un modelado cuantitativo cuidadoso”, dijo Justin Hu, un postdoctorado que estudia los suelos lunares en la Universidad de Cambridge. estudiando “Este descubrimiento va más allá de la comprensión de la historia de la Luna, ya que tales procesos pueden ocurrir y ser más significativos en otras lunas y asteroides, que es el foco de muchas misiones de retorno planificadas”.
“Sin estas muestras del Apolo, no podríamos obtener datos precisos y realizar mediciones cuantitativas para comprender las cosas con más detalle”, dijo Nee. “Para nosotros es importante recuperar muestras de la Luna y de otros cuerpos planetarios, para poder tener una imagen más clara de la formación y evolución del Sistema Solar”.
Este trabajo fue apoyado en parte por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.