Aunque la Luna carece de aire respirable, sí alberga una atmósfera apenas perceptible. Desde la década de 1980, los astrónomos han observado una capa muy fina de átomos que rebotan sobre la superficie de la Luna.
por Jennifer Chu, Instituto Tecnológico de Massachusetts
Esta delicada atmósfera, conocida técnicamente como «exosfera», es probablemente producto de algún tipo de erosión espacial. Pero ha sido difícil determinar con certeza cuáles podrían ser esos procesos.
Ahora, científicos del MIT y de la Universidad de Chicago afirman haber identificado el proceso principal que formó la atmósfera de la Luna y que continúa sustentándola en la actualidad. En un estudio publicado en Science Advances , el equipo informa que la atmósfera lunar es principalmente un producto de «vaporización por impacto».
En su estudio, los investigadores analizaron muestras de suelo lunar recogidas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA.
Su análisis sugiere que a lo largo de los 4.500 millones de años de historia de la Luna, su superficie ha sido bombardeada continuamente, primero por meteoritos masivos y, más recientemente, por «micrometeoroides» más pequeños, del tamaño de polvo.
Estos impactos constantes han levantado el suelo lunar, vaporizando ciertos átomos al contacto y lanzando las partículas al aire. Algunos átomos son expulsados al espacio, mientras que otros permanecen suspendidos sobre la luna, formando una atmósfera tenue que se repone constantemente a medida que los meteoritos continúan azotando la superficie.
Los investigadores descubrieron que la vaporización por impacto es el principal proceso mediante el cual la luna ha generado y mantenido su atmósfera extremadamente fina durante miles de millones de años.
«Damos una respuesta definitiva: la vaporización por impacto de meteoritos es el proceso dominante que crea la atmósfera lunar», afirma la autora principal del estudio, Nicole Nie, profesora adjunta del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
«La Luna tiene cerca de 4.500 millones de años y, durante ese tiempo, su superficie ha sido bombardeada continuamente por meteoritos. Demostramos que, con el tiempo, una atmósfera delgada alcanza un estado estable porque se va reponiendo continuamente mediante pequeños impactos en toda la Luna».
Los coautores de Nie son Nicolas Dauphas, Zhe Zhang y Timo Hopp de la Universidad de Chicago, y Menelaos Sarantos del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
Los roles de la meteorización
En 2013, la NASA envió un orbitador a la Luna para realizar un reconocimiento atmosférico detallado. El Explorador de la Atmósfera y el Entorno de Polvo Lunar (LADEE, que se pronuncia «laddie») tenía la tarea de recopilar información de forma remota sobre la delgada atmósfera de la Luna, las condiciones de la superficie y cualquier influencia ambiental sobre el polvo lunar.
La misión de LADEE fue diseñada para determinar los orígenes de la atmósfera de la Luna. Los científicos esperaban que las mediciones remotas de la composición del suelo y de la atmósfera realizadas por la sonda pudieran correlacionarse con ciertos procesos de erosión espacial que luego podrían explicar cómo se formó la atmósfera de la Luna.
Los investigadores sospechan que dos procesos de erosión espacial desempeñan un papel en la formación de la atmósfera lunar: la vaporización por impacto y la «pulverización iónica», un fenómeno que involucra al viento solar, que transporta partículas cargadas de energía desde el sol a través del 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 pudran y vuelen al aire.
«Según los datos de LADEE, parece que ambos procesos juegan un papel», dice Nie.
«Por ejemplo, se demostró que durante las lluvias de meteoritos se ven más átomos en la atmósfera, lo que significa que los impactos tienen un efecto. Pero también se demostró que cuando la Luna está protegida del Sol, como durante un eclipse, también hay cambios en los átomos de la atmósfera, lo que significa que el Sol también tiene un impacto. Por lo tanto, los resultados no fueron claros ni cuantitativos».
Respuestas en el suelo
Para determinar con mayor precisión el origen de la atmósfera lunar, Nie examinó muestras de suelo lunar recogidas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Ella y sus colegas de la Universidad de Chicago adquirieron 10 muestras de suelo lunar, cada una de las cuales medía unos 100 miligramos, una cantidad diminuta que, según ella, cabría en una sola gota de lluvia.
Nie intentó primero aislar dos elementos de cada muestra: potasio y rubidio. Ambos elementos son «volátiles», lo que significa que se vaporizan fácilmente por impactos y pulverización iónica.
Cada elemento existe en forma de varios isótopos. Un isótopo es una variación del mismo elemento que consta del mismo número de protones pero un número ligeramente diferente de neutrones. Por ejemplo, el potasio puede existir como uno de tres isótopos, cada uno con un neutrón más y siendo ligeramente más pesado que el anterior. De manera similar, existen dos isótopos del rubidio.
El equipo razonó que si la atmósfera de la luna está formada por átomos que han sido vaporizados y suspendidos en el aire, los isótopos más ligeros de esos átomos deberían ser transportados más fácilmente, mientras que los isótopos más pesados tendrían más probabilidades de asentarse nuevamente en el suelo.
Además, los científicos predicen que la vaporización por impacto y la pulverización iónica deberían dar lugar a proporciones isotópicas muy diferentes en el suelo. La proporción específica de isótopos ligeros y pesados que permanecen en el suelo, tanto para el potasio como para el rubidio, debería revelar el proceso principal que contribuye al origen de la atmósfera lunar.
Con todo eso en mente, Nie analizó las muestras de Apolo triturando primero los suelos hasta convertirlos en polvo fino y disolviéndolos después en ácidos para purificar y aislar las soluciones que contenían potasio y rubidio. Después, pasó estas soluciones por un espectrómetro de masas para medir los distintos isótopos de potasio y rubidio en cada muestra.
El equipo descubrió que los suelos contenían principalmente isótopos pesados de potasio y rubidio. Los investigadores pudieron cuantificar la proporción de isótopos pesados y ligeros de potasio y rubidio y, al comparar ambos elementos, descubrieron que la vaporización por impacto era probablemente el proceso dominante por el que los átomos se vaporizan y se elevan para formar la atmósfera de la luna.
«Con la vaporización por impacto, la mayoría de los átomos permanecerían en la atmósfera lunar , mientras que con la pulverización catódica de iones, muchos átomos serían expulsados al espacio», dice Nie.
«A partir de nuestro estudio, ahora podemos cuantificar el papel de ambos procesos, para decir que la contribución relativa de la vaporización por impacto frente a la pulverización iónica es de aproximadamente 70:30 o mayor». En otras palabras, el 70% o más de la atmósfera de la Luna es producto de impactos de meteoritos, mientras que el 30% restante es una consecuencia 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 junto con un modelado cuantitativo cuidadoso», dice Justin Hu, un posdoctorado que estudia los suelos lunares en la Universidad de Cambridge, que no participó en el estudio.
«Este descubrimiento va más allá de comprender la historia de la luna, ya que tales procesos podrían ocurrir y ser más significativos en otras lunas y asteroides, que son el foco de muchas misiones de retorno planificadas».
«Sin estas muestras de Apolo, no podríamos obtener datos precisos ni realizar mediciones cuantitativas para comprender las cosas con más detalle», afirma Nie. «Para nosotros es importante traer muestras de la Luna y de otros cuerpos planetarios, para poder trazar imágenes más claras de la formación y evolución del sistema solar».
Más información: Nicole Nie, Registro de pérdida de atmósfera en el suelo lunar a lo largo de eones, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adm7074 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7074
