En los polos lunares podrían desencadenarse “chispas” provocadas por tormentas solares.

Las tormentas solares potentes pueden cargar eléctricamente el suelo en los polos lunares, en concreto en las regiones gélidas y que se hallan sumidas en la sombra de manera perpetua, y podrían posiblemente producir fuertes “chispazos” capaces de vaporizar y fundir la capa superficial de las áreas de suelo afectadas. Este fenómeno podría causar en la Luna transformaciones de tanta envergadura como las ocasionadas por los impactos de meteoritos, según las conclusiones a las que se ha llegado en una nueva investigación de la Nasa. Es posible que se descubran huellas de esta exótica clase de alteración cuando se analicen futuras muestras de estas regiones.

Si observamos la Luna en el transcurso de un mes, veremos que diferentes estructuras son iluminadas por el Sol en diferentes momentos. Pero hemos de saber que hay determinadas regiones de la Luna que nunca quedan expuestas a la luz solar. Estas áreas se conocen con el nombre de regiones permanentemente sombreadas (PSR, por sus siglas en inglés) y aparecen oscuras porque a diferencia del de la Tierra, el eje de rotación de la Luna es casi perpendicular a la dirección de la luz solar. El resultado es que el fondo de determinados cráteres, como los localizados en el polo Sur lunar, nunca es alcanzado por los rayos solares, son zonas sombreadas desde hace más de 2.000 millones de años. En todo caso, gracias a los nuevos datos aportados por la LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) de la Nasa, podemos adentrarnos en el interior de dichos cráteres con increíble detalle.

Poder ver la forma de los cráteres es importante y LRO, mediante su instrumento LOLA, ha realizado los mapas topográficos de mayor detalle de estos cráteres mediante la reflexión láser en la superficie lunar. Esto ha permitido ver las formas del interior de los cráteres desde todos los ángulos. Y realizando modelos en 3D, podemos “iluminar” los suelos de los cráteres como si los enfocáramos con un potente foco. Aunque el sol nunca ilumine esos cráteres, otras estrellas alcanzan a depositar una tenue ráfaga de débil luz en las sobras permanentes. El instrumento LAMP de LRO puede medir esa luz, lo que nos proporciona un nuevo punto de vista de estas regiones únicas de la Luna. El instrumento DIVINER de LRO puede medir temperaturas, revelándonos los fríos extremos alcanzados en el interior de estos cráteres. Finalmente, el instrumento LEND de LRO puede medir la velocidad de los neutrones para detectar elementos como hidrógeno en los regolitos lunares. Así pues, hay áreas de la Luna que nunca ven la luz del día, pero LRO seguirá recopilando datos para poder aprender más sobre ellas. Y mientras continuemos estudiando la Luna, mejoraremos nuestra comprensión del satélite natural de la Tierra y alcanzaremos nuevos descubrimientos.

La Luna casi no tiene atmósfera, así que su superficie está expuesta al agresivo entorno espacial. Los impactos de pequeños meteoritos golpean constantemente la capa superior de polvo y roca, llamada regolito, del satélite. Cerca del 10 por ciento de esta capa percutida ha sido fundida o vaporizada por impactos de meteoritos. El equipo de Andrew Jordan, de la Universidad de New Hampshire en la localidad estadounidense de Durham, ha descubierto que en las regiones en sombra perpetua de la Luna se podría fundir o vaporizar un porcentaje similar de la superficie a consecuencia de las chispas ocasionadas por las tormentas solares.

Mapa que muestra las regiones en sombra perpetua (en azul) que cubren aproximadamente el 3 por ciento del polo sur de la Luna.

La actividad solar explosiva, como las erupciones solares y las eyecciones coronales de masa, lanza partículas cargadas eléctricamente y muy energéticas hacia el espacio. La atmósfera de la Tierra nos escuda de la mayor parte de esta radiación, pero en la Luna estas partículas (iones y electrones) golpean directamente contra la superficie. Se acumulan en dos capas por debajo de esta última; los voluminosos iones no pueden penetrar a mucha profundidad porque tienen una mayor probabilidad de chocar contra átomos en el regolito, así que forman la capa más cercana a la superficie, mientras que los diminutos electrones pueden avanzar más y por eso forman una capa a mayor profundidad. Los iones tienen una carga positiva, en tanto que la de los electrones es negativa. Dado que las cargas opuestas se atraen, normalmente se aproximan entre sí y acaban cancelándose mutuamente.

La imagen muestra cómo las partículas energéticas solares pueden provocar rupturas dieléctricas en las zonas permanentemente sombreadas (PSR) del regolito lunar. Eventos minúsculos podrían darse en el fondo de estas PSR.

En agosto de 2014, sin embargo, el equipo de Jordan presentó los resultados de simulaciones que predicen que las tormentas solares intensas causarían que el regolito de las regiones en sombra perpetua (PSR, por sus siglas en inglés) acumulase carga en estas dos capas hasta que esta fuera liberada explosivamente, como un relámpago en miniatura. Las PSR son tan gélidas que el regolito en ellas se convierte en un conductor extremadamente pobre de electricidad. Por tanto, durante tormentas solares intensas, se supone que el regolito disipa la acumulación de carga demasiado despacio, no pudiendo evitar los efectos destructores de una descarga eléctrica súbita, llamada ruptura dieléctrica. Se estima que el alcance de este proceso es suficiente como para alterar el regolito.

El citado proceso no es completamente nuevo para la ciencia espacial: las descargas electrostáticas pueden suceder en cualquier material escasamente conductor (dieléctrico) expuesto a una intensa radiación espacial, y es en la práctica la causa principal de las anomalías que padecen las naves espaciales, tal como argumenta Timothy Stubbs, del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Greenbelt, Maryland, Estados Unidos, coautor de la investigación. El análisis del equipo se ha basado en esta experiencia. A partir de estudios en aeronaves y análisis de muestras de las misiones lunares Apolo de la Nasa, los investigadores han podido concluir la frecuencia de ocurrencia de tormentas solares de cierta relevancia. A partir de investigaciones lunares previas, estiman que el milímetro superior del regolito podría haber sido sepultado por impactos de meteoroides a lo largo de millones de años, por lo que podrían estar a tal profundidad que podrían ser cargados eléctricamente durante las tormentas solares. Llegados a este punto, han podido calcular la energía que se podría depositar en un millón de años por ambos métodos, los impactos de meteoroides y las rupturas dieléctricas provocadas por las tormentas solares, llegando a la conclusión de que cada proceso desencadena suficiente energía como para alterar el regolito en una cuantía semejante.

Experimentos en laboratorio confirman que las rupturas dieléctricas son un proceso explosivo a pequeña escala. En el transcurso de la ruptura se pueden fundir canales y vaporizar granos, algunos de los cuales podrían expulsarse por esas pequeñas explosiones. Las PSR son zonas importantes en la Luna, ya que contienen claves de la historia de la Luna, como el papel desempeñado por la vaporización más fácil de materiales como el agua. Pero para desentrañar esta historia, necesitamos saber cómo se han erosionado esas PSR por el entorno espacial, incluyendo las tormentas solares y los impactos de meteoritos.

El próximo paso será buscar evidencias de las rupturas dieléctricas en las PSR  y determinar si podrían tener lugar también en otras áreas de la Luna. Observaciones realizadas desde la sonda LRO de la Nasa indican que el regolito en las PSR es más poroso o esponjoso que en otras áreas, que sería lo esperable si la ruptura expulsara algunos granos allí presentes. Algunos experimentos ya en progreso podrán confirmar si las rupturas son responsables de esto. También sabemos que la noche lunar es larga –cerca de dos semanas- por lo que puede alcanzar temperaturas tan bajas como para permitir que las rupturas se den en otras zonas de la Luna. Podría incluso haber material afectado por este proceso entre las muestras traídas por las Apolo, pero la dificultad reside en determinar si el material ha sido dieléctricamente alterado por las rupturas o por impactos de meteoritos. Los investigadores del proyecto están trabajando con científicos del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, en experimentos para comprobar cómo las rupturas afectan al regolito y buscar cualquier signo que los distinga de los efectos de los impactos por meteoritos.

Fuentes:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/solar-storms-charge-lunar-soil/

Imágenes: NASA/Andrew Jordan; NASA Goddard/LRO mission

NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter

Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI)

Dynamic Response of the Environments at Asteroids, the Moon, and Mars 2 (DREAM2)

NASA’s Discovery Program

NASA’s Marshall Spaceflight Center

NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland

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