Las rocas lunares del Apolo revelan secretos de la delgada "atmósfera" de la Luna

En la Tierra, el viento puede levantar granos de arena en la playa, y la lluvia puede convertir el suelo en barro. En la Luna, sin embargo, el clima es mucho más exótico.

Las partículas cargadas procedentes del sol, llamadas viento solar, caen sobre el suelo lunar y lanzan partículas al espacio. Miles de pequeños meteoritos bombardean la Luna, fundiendo y vaporizando sus puntos de impacto. La luz solar hace saltar las moléculas de la superficie.

La meteorología espacial perturba tanto la superficie lunar que crea una atmósfera extremadamente fina, llamada exosfera, formada por átomos del suelo lunar. Esta exosfera está unida a la Luna por su débil campo gravitatorio y tiene una densidad tan baja que los átomos nunca colisionan.

Dado que son tantos los procesos que atacan el suelo lunar y alimentan la exosfera lunar, durante mucho tiempo no se ha sabido con exactitud cuál es la fuente principal. Mediante el análisis de muestras tomadas durante las misiones Apolo, Nicole Xike Nie, cosmoquímica del Instituto Teconológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), y sus colegas han demostrado en Science Advances que los impactos de micrometeoritos son los que más átomos aportan a la atmósfera lunar.

"Utilizar las muestras de las misiones Apolo es un honor y una oportunidad científica única. Estas muestras representan la primera exploración directa de otro cuerpo celeste por parte de la humanidad", afirma Nie; "a pesar de haber sido recogidas hace más de 50 años, las muestras del Apolo siguen teniendo un valor incalculable para la investigación científica".

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Extracción de rocas lunares

Las rocas lunares y las muestras de suelo lunar que los astronautas del Apolo devolvieron a la Tierra cambiaron para siempre nuestra comprensión de la Luna, y los grandes avances en los métodos de análisis de muestras las han renovado como datos científicos esenciales. El equipo de Nie utilizó porciones de 10 muestras diferentes, procedentes de cinco lugares de alunizaje distintos, con un total de tan sólo 50 miligramos de polvo de roca lunar. Incluso pequeñas cantidades de muestras devueltas "proporcionan una gran cantidad de información", afirma Nie.

En el polvo, el equipo buscó las huellas químicas de distintos tipos de meteorización espacial en forma de isótopos de potasio y rubidio, dos elementos especialmente sensibles a la meteorización espacial observada en la Luna. Los isótopos son elementos con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. Los átomos comparten muchas propiedades químicas y físicas, pero tienen masas ligeramente diferentes.

Es probable que la exosfera contenga isótopos más ligeros de potasio y rubidio que el suelo lunar, y cada proceso de meteorización deja una mezcla diferente de isótopos pesados en el suelo. Basándose en la mezcla de isótopos de las muestras, los investigadores determinaron qué proceso influyó más en la exosfera.

Trabajos anteriores han demostrado que la luz ultravioleta del Sol recicla los átomos de la exosfera que vuelven a la superficie, pero no aporta mucho a la exosfera, por lo que Nie y su equipo se centraron en los micrometeoritos y el viento solar.

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Patrones meteorológicos espaciales

Los impactos de micrometeoritos parecen ser los que más contribuyen. Estos diminutos meteoritos suelen pesar menos de un gramo y se han desprendido de objetos mucho mayores. Los micrometeoritos golpean constantemente la superficie lunar todos los días. Estos impactos son tan intensos que calientan el punto de impacto a temperaturas que oscilan entre los 2000 y los 6000 grados Celsius. El impacto funde y vaporiza el suelo lunar en la exosfera, como el agua que se convierte en vapor.

El segundo proceso más influyente es el viento solar, que fluye desde el sol en una corriente de partículas de alta energía, chocando con todo lo que encuentra a su paso. Mientras que la Tierra está protegida por un fuerte campo magnético, la Luna no tiene tanta suerte. Excepto durante los eclipses lunares, la Luna está bajo un chorro de este plasma, principalmente protones. Al chocar, estos protones transfieren su energía a los átomos del suelo lunar y hacen que salgan despedidos de la superficie.

El trabajo de Nie y sus colegas demuestra, por primera vez, que los impactos de meteoritos son el principal contribuyente a la exosfera, "representando más del 70% de su composición, mientras que la pulverización del viento solar contribuye en un 30% o menos", afirma.

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Dani Mendoza DellaGiustina, científica planetaria de la Universidad de Arizona (Estados Unidos) que también dirige la misión OSIRIS-APEX de la NASA, afirma que "el estudio mejora nuestra comprensión de la dinámica atmosférica y la evolución de la superficie de la Luna y también contribuye a un cuerpo más amplio de investigación sobre las superficies de los objetos cercanos a la Tierra. Cada vez hay más pruebas de que los impactos de micrometeoritos provocan la mayor parte de la meteorización espacial observada en los objetos que residen en el sistema solar interior, no sólo en la Luna, sino también en los asteroides".

A continuación, Nie quiere estudiar otros isótopos del suelo lunar. Los mismos métodos podrían aplicarse también a nuevas muestras lunares como las devueltas por la misión china Chang'e-6, así como a muestras devueltas por otros objetos del sistema solar, como la luna Fobos de Marte, que es el objetivo de una misión japonesa cuyo lanzamiento está previsto para 2026. 

"Comprender los entornos espaciales de los distintos cuerpos planetarios es esencial para planificar futuras misiones y explorar el contexto más amplio de la meteorización espacial", afirma Nie; "este conocimiento será especialmente importante si la humanidad decide establecer su presencia en otros cuerpos planetarios en el futuro".