La atmósfera de la Tierra puede ser fuente de algo de agua lunar


Los iones de hidrógeno y oxígeno que escapan de la atmósfera superior de la Tierra y se combinan en la Luna podrían ser una de las fuentes del agua y el hielo lunares conocidos, según una nueva investigación realizada por científicos del Instituto Geofísico Fairbanks de la Universidad de Alaska.

El trabajo dirigido por el profesor de investigación asociado del Instituto Geofísico de la UAF, Gunther Kletetschka, se suma a un creciente cuerpo de investigación sobre el agua en los polos norte y sur de la luna.

La imagen muestra la distribución del hielo superficial en el polo sur (izquierda) y el polo norte (derecha) de la luna, detectado por el instrumento Moon Mineralogy Mapper de la NASA en 2009. El azul representa las ubicaciones del hielo y la escala de grises corresponde a la temperatura de la superficie. Crédito: NASA

Encontrar agua es clave para el proyecto Artemis de la NASA, la presencia humana planificada a largo plazo en la luna. La NASA planea enviar humanos de regreso a la luna esta década.

«Como el equipo Artemis de la NASA planea construir un campamento base en el polo sur de la luna, los iones de agua que se originaron hace muchos eones en la Tierra pueden usarse en el sistema de soporte vital de los astronautas», dijo Kletetschka.

La nueva investigación estima que las regiones polares de la luna podrían contener hasta 3500 kilómetros cúbicos (840 millas cúbicas) o más de permafrost superficial o agua líquida subterránea creada a partir de iones que escaparon de la atmósfera terrestre. Ese es un volumen comparable al lago Huron de América del Norte, el octavo lago más grande del mundo.

Los investigadores basaron ese total en el cálculo del modelo de volumen más bajo: el 1% del escape atmosférico de la Tierra llega a la luna.

En general, se cree que la mayor parte del agua lunar fue depositada por asteroides y cometas que chocaron con la luna. La mayoría fue durante un período conocido como el Bombardeo Pesado Tardío. En ese período, hace unos 3.500 millones de años, cuando el sistema solar tenía alrededor de 1.000 millones de años, se argumenta que los primeros planetas interiores y la luna de la Tierra sufrieron un impacto inusualmente fuerte de asteroides.

Los científicos también plantean la hipótesis de que el viento solar es una fuente. El viento solar transporta iones de oxígeno e hidrógeno, que pueden haberse combinado y depositado en la luna como moléculas de agua.

Ahora hay una forma adicional de explicar cómo se acumula el agua en la luna.

La investigación se publicó el 16 de marzo en la revista Scientific Reports en un artículo escrito por Kletetschka y coautor de Ph.D. estudiante Nicholas Hasson del Instituto Geofísico y el Centro de Investigación Ambiental y del Agua de la UAF en el Instituto de Ingeniería del Norte. Varios colegas de la República Checa también se encuentran entre los coautores.

Kletetschka y sus colegas sugieren que los iones de hidrógeno y oxígeno entran en la luna cuando pasa por la cola de la magnetosfera de la Tierra, lo que hace durante cinco días del viaje mensual de la luna alrededor del planeta. La magnetosfera es la burbuja en forma de lágrima creada por el campo magnético de la Tierra que protege al planeta de gran parte del flujo continuo de partículas solares cargadas.

Mediciones recientes de múltiples agencias espaciales (NASA, Agencia Espacial Europea, Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón y Organización de Investigación Espacial de la India) revelaron cantidades significativas de iones formadores de agua presentes durante el tránsito de la luna a través de esta parte de la magnetosfera.

Estos iones se han acumulado lentamente desde el Bombardeo Pesado Tardío.

La presencia de la luna en la cola de la magnetosfera, llamada cola magnética, afecta temporalmente algunas de las líneas del campo magnético de la Tierra, aquellas que están rotas y que simplemente se pierden en el espacio durante muchos miles de kilómetros. No todas las líneas de campo de la Tierra están unidas al planeta en ambos extremos; algunos tienen un solo punto de unión. Piense en cada uno de estos como un hilo atado a un poste en un día ventoso.

La presencia de la luna en la cola magnética hace que algunas de estas líneas de campo rotas se vuelvan a conectar con su contraparte rota opuesta. Cuando eso sucede, los iones de hidrógeno y oxígeno que habían escapado de la Tierra corren hacia esas líneas de campo reconectadas y son acelerados de regreso a la Tierra.

Los autores del artículo sugieren que muchos de esos iones que regresan golpean la luna que pasa, que no tiene magnetosfera propia para repelerlos.

«Es como si la luna estuviera en la ducha: una lluvia de iones de agua que regresan a la Tierra y caen sobre la superficie de la luna», dijo Kletetschka.

Luego, los iones se combinan para formar el permafrost lunar. Parte de eso, a través de procesos geológicos y de otro tipo, como los impactos de asteroides, se conduce debajo de la superficie, donde puede convertirse en agua líquida.

El equipo de investigación utilizó datos gravitacionales del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA para estudiar las regiones polares junto con varios cráteres lunares importantes. Las anomalías en las mediciones subterráneas en los cráteres de impacto indican ubicaciones de rocas fracturadas que pueden contener agua líquida o hielo. Las mediciones de gravedad en esos lugares del subsuelo sugieren la presencia de hielo o agua líquida, se lee en el trabajo de investigación.

La última investigación se basa en el trabajo publicado en diciembre de 2020 por cuatro de los autores del nuevo artículo, incluido Kletetschka.

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