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La importancia de las sombras en el puzle del agua en la Luna

Que la Luna no es un terreno regular, es bien conocido. De hecho, la cara oculta y la visible son tan distintas que casi parecen dos mundos diferentes. Pero más allá de su aspecto, estas rugosidades podrían tener una destacada función que, además, sería muy útil en próximas misiones humanas a nuestro satélite, además de para futuras colonias lunares. Porque esas ‘rugosidades’ proyectan sombras en las que se podría ‘cobijar’ el agua incluso durante el caluroso día lunar. Así lo afirma un nuevo estudio reslizado por investigadores de la NASA y recién publicado en la revista ‘Monthly Notices of the Royal Astronomical Society’.

Los científicos piensan que existen reservas de hielo dentro de los cráteres de los polos, unos lugares donde nunca llega la luz del Sol. Sin embargo, hay más agua en la Luna: hace años que las observaciones muestran que el líquido elemento está por toda la superficie lunar, incluso durante el día. Y esto es extraño, ya que los modelos informáticos señalan que todo el hielo que se forme durante la noche debería tener que evaporarse rápidamente durante el día.

«Hace más de una década se confirmó la posible presencia de agua en la superficie del lado diurno de la Luna, hipótesis que después fue corroborada por el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja [SOFIA] de la NASA en 2020», explica en un comunicado
Björn Davidsson, científico del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA y autor del estudio. «Al principio, estos resultados fueron desconcertantes. En teoría, el agua no debería sobrevivir en ese entorno hostil. Todo esto desafía nuestra comprensión de la superficie lunar y plantea algunas preguntas sobre cómo los volátiles y el hielo pueden sobrevivir allí».

Davidsson, junto con su compañera Sona Hosseini, sugieren que las sombras creadas por las protuberancias de la superficie lunar -rocas y cráteres- proporcionan una suerte de ‘refugio’ para el hielo, lo que permite que se forme escarcha lejos de los polos. Además, explican cómo la exosfera de la Luna (la delgada atmósfera lunar) pueden tener un papel importante que desempeñar en este rompecabezas y actuar como una suerte de ‘esponja recolectora’ durante las horas de más calor.

Agua en las rocas
Hasta ahora, muchos modelos informáticos han asumido que los ‘baches’ de la Luna no eran relevantes, por lo que se simplificaba a nuestro satélite representándolo con una superficie totalmente plana. Como resultado, a menudo se asume que el suelo alejado de los polos se calienta de forma uniforme. Pero esto hace imposible mantener el hielo de agua sobre la superficie en las horas de mayor luz.

Sin embargo, las mediciones dicen que sí que existe el líquido elemento ahí arriba. ¿Cómo es posible? Una hipótesis que se baraja es que las moléculas de agua pueden estar ‘encerradas’ dentro de las rocas, como ocurre en el interior de la Tierra a altas temperaturas y presiones -de hecho, se cree que de esta forma puede existir dentro de nuestro planeta incluso más agua que en todos los océanos-. La diferencia principal aquí sería que el agua habría quedado fusionada con las piedras de la superficie debido al impacto de los meteoritos, produciendo el calor y la presión que se dan en las profundidades terrestres. De esta manera, el agua quedaría sobre la superficie y podría ser captada por los sensores de SOFIA.

Pero esta idea tiene un problema: las observaciones han indicado que la cantidad de agua disminuye según va pasando el día -es decir, cuando los rayos del inciden en su punto máximo-, y aumenta de nuevo según va llegando la tarde. Si el agua estuviese solo incrustada en las rocas, su nivel sería siempre el mismo. Es por eso que tiene que estar ‘moviéndose’ de alguna manera, cambiando de estado.

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Puntos fríos en las sombras
Davidsson y Hosseini revisaron el modelo informático y le incorporaron las protuberancias creadas por las rocas y los cráteres, que forman sombras. Al tener en cuenta esto, observaron que así sí que era posible que se formase escarcha incluso a medio día y cómo podía cambiar la distribución del agua durante el día. En concreto, y debido a que no hay una atmósfera espesa para distribuir el calor alrededor de la superficie, las áreas sombreadas crean lo que es conocido como ‘trampas frías’, donde las temperaturas pueden caer en picado a aproximadamente -350 grados Fahrenheit (-210 grados Celsius), muy por debajo de zonas vecinas expuestas al Sol, que pueden alcanzar hasta 240 Fahrenheit (120 Celsius).

Entonces, el proceso sería el siguiente: a medida que el Sol incide en la superficie lunar, las sombras se van haciendo más pequeñas, y la escarcha se va evaporando hacia la exosfera. Después, esas moléculas de agua se vuelven a congelar y a acumular como escarcha en los lugares sombreados de nuevo. «La escarcha es mucho más móvil que el agua atrapada -afirma Davidsson-. Por lo tanto, este modelo proporciona un nuevo mecanismo que explica cómo se mueve el agua entre la superficie lunar y la fina atmósfera lunar».

NASA / JPL-Caltech
Importancia para futuras misiones
Esta teoría sobre las sombras y el agua lunar ya había sido propuesta con anterioridad, si bien este nuevo estudio mide exactamente el proceso de cómo las moléculas de agua pueden permanecer en la superficie durante el periodo de sombra como escarcha, cómo se liberan después a la exosfera y acaban de nuevo convertidas en hielo más adelante, en una especie de ciclo hídrico que sería muy útil a futuras incursiones, incluso colonias, humanas.

A la izquierda, el proceso ‘rigido’ del agua ‘incrustada’ en la roca; a la derecha, el proceso dinámico por el que el agua se convertiría en escarcha, después se evaporaría a la exosfera, y volvería a caer a las zonas sombreadas después, cerrando el círculo

NASA / JPL-Caltech
«Hay que entender el agua como un recurso esencial para futuras misiones no solo de la NASA, sino de empresas privadas en la futura exploración lunar humana», afirma Hosseini. «Si el agua está disponible en forma de escarcha en las regiones de la Luna iluminadas por el Sol, los futuros exploradores pueden usarla como recurso para combustible y agua potable. Pero primero, debemos averiguar cómo interactúan la exosfera y la superficie y qué papel juegan en el ciclo».

El siguiente paso será crear unos sensores muy potentes para medir las débiles señales del hielo de agua. El Espectrómetro Miniaturizado Lunar Heterodyne OH (HOLMS) se está desarrollando para ser utilizado en pequeñas estaciones lunares o futuros vehículos, como el Robot Explorador Plegable Plano Emergente Autónomo de JPL (A-PUFFER), por ejemplo, que puede enviarse a la Luna para realizar mediciones directas de hidroxilo (una molécula que contiene un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno).

El hidroxilo, que es un primo molecular del agua (una molécula con dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno), puede servir como indicador de la cantidad de agua que puede haber en la exosfera. Tanto el agua como el hidroxilo podrían ser creados por impactos de meteoritos y por partículas de viento solar que golpean la superficie lunar, por lo que medir la presencia de estas moléculas en la exosfera puede ser el camino para saber cuánta agua se crea y se mueve de un lugar a otro, y en cuánto tiempo.

«La exploración lunar por parte de varios países y empresas privadas indica que habrá un cambio en el entorno en un futuro cercano -afirma Hosseini-. Si esta tendencia continúa, perderemos la oportunidad de comprender el entorno lunar natural, en particular el agua que circula a través de la exosfera prístina de la Luna. En consecuencia, el desarrollo avanzado de instrumentos ultracompactos de alta sensibilidad es de una importancia y urgencia críticas».

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Este artículo ha sido publicado originalmente en este sitio.

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