El regolito lunar es el material no consolidado que se encuentra en la superficie de la Luna y en la tenue atmósfera de la Luna . A veces denominado suelo lunar, el suelo lunar se refiere específicamente al componente del regolito de menos de 1 cm. Se diferencia sustancialmente en propiedades del suelo terrestre .
Como fina capa superficial de la Luna, el regolito lunar es captado incluso por fenómenos naturales débiles activos en la superficie de la Luna, lo que le permite ser parte de la escasa atmósfera de la Luna. Se altera fácilmente y representa un peligro significativo para los equipos expuestos y la salud humana. El fino regolito lunar está formado por partículas afiladas y muy adhesivas, con un distintivo sabor y olor a pólvora. El regolito lunar se considera un recurso lunar , particularmente para su utilización in situ , como material de construcción lunar y regolito para el cultivo de plantas en la Luna .
El regolito lunar es principalmente el resultado de la erosión mecánica . Los continuos impactos meteóricos y el bombardeo de partículas atómicas cargadas solares e interestelares de la superficie lunar durante miles de millones de años convirtieron la roca basáltica y anortosítica , el regolito de la Luna, en un material progresivamente más fino. Esta situación contrasta fundamentalmente con la formación del suelo terrestre, mediada por la presencia de oxígeno molecular (O 2 ), humedad, viento atmosférico y una sólida variedad de procesos biológicos contribuyentes.
El suelo lunar normalmente se refiere sólo a la fracción más fina del regolito lunar , que se compone de granos de 1 cm de diámetro o menos, pero a menudo se usa indistintamente. [1] El polvo lunar generalmente connota materiales aún más finos que el suelo lunar . No existe una definición oficial de qué fracción de tamaño constituye "polvo"; algunos sitúan el límite en menos de 50 μm de diámetro, mientras que otros lo sitúan en menos de 10 μm. [ cita necesaria ]
Los principales procesos involucrados en la formación del regolito lunar son: [ cita necesaria ]
Estos procesos continúan cambiando las propiedades físicas y ópticas de la tierra con el tiempo, y se conoce como meteorización espacial .
Además, la fuente de fuego, mediante la cual la lava volcánica se eleva y se enfría formando pequeñas perlas de vidrio antes de volver a caer a la superficie, puede crear depósitos pequeños pero importantes en algunos lugares, como la tierra anaranjada que se encuentra en el cráter Shorty en el valle Taurus-Littrow por Apolo 17 y el cristal verde encontrado en Hadley-Apeninos por el Apolo 15 . [ cita necesaria ] También se cree que los depósitos de cuentas volcánicas son el origen de los depósitos del manto oscuro (DMD) en otros lugares alrededor de la Luna. [2]
Hay alguna evidencia de que la Luna tiene una tenue capa de partículas de polvo en movimiento que saltan constantemente hacia arriba y caen hacia la superficie de la Luna, dando lugar a una "atmósfera de polvo" que parece estática pero está compuesta de partículas de polvo en constante movimiento. El término "fuente lunar" se ha utilizado para describir este efecto por analogía con la corriente de moléculas de agua en una fuente que sigue una trayectoria balística mientras parece estática debido a la constancia de la corriente. Según un modelo propuesto en 2005 por el Laboratorio de Física Extraterrestre del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA , [3] esto se debe a la levitación electrostática . En el lado iluminado de la Luna, la intensa radiación solar ultravioleta y de rayos X es lo suficientemente energética como para arrancar electrones de los átomos y moléculas del regolito lunar. Las cargas positivas se acumulan hasta que las partículas más pequeñas de polvo lunar (que miden 1 micrómetro o menos) son repelidas de la superficie y elevadas desde metros hasta kilómetros de altura, alcanzando las partículas más pequeñas las mayores altitudes. Finalmente caen hacia la superficie donde se repite el proceso. En el lado nocturno, el polvo está cargado negativamente por los electrones del viento solar . De hecho, el modelo de la fuente sugiere que el lado nocturno alcanzaría mayores diferencias de tensión eléctrica que el lado diurno, posiblemente lanzando partículas de polvo a altitudes aún mayores. [4] Este efecto podría potenciarse aún más durante la parte de la órbita de la Luna donde pasa a través de la cola magnética de la Tierra , parte del campo magnético de la Luna . [5] En el terminador podrían formarse importantes campos eléctricos horizontales entre las áreas diurna y nocturna, lo que resultaría en un transporte horizontal de polvo, una forma de "tormenta lunar". [4] [6]
Este efecto fue anticipado en 1956 por el autor de ciencia ficción Hal Clement en su cuento "Dust Rag", publicado en Astounding Science Fiction . [4]
Hay alguna evidencia de este efecto. A principios de la década de 1960, Surveyor 7 [7] y varias naves espaciales Surveyor anteriores que aterrizaron suavemente en la Luna devolvieron fotografías que mostraban un inconfundible resplandor crepuscular bajo sobre el horizonte lunar que persistía después de que el Sol se había puesto. [4] Además, contrariamente a lo que se esperaba de condiciones sin aire y sin neblina atmosférica, el horizonte distante entre la tierra y el cielo no parecía nítido. Los astronautas del Apolo 17 que orbitaron la Luna en 1972 vieron y dibujaron repetidamente lo que llamaron "bandas", "serpentinas" o "rayos crepusculares" durante unos 10 segundos antes del amanecer o el atardecer lunar. Los astronautas a bordo de los Apolo 8, 10 y 15 también informaron sobre estos rayos. Podrían haber sido similares a los rayos crepusculares de la Tierra. [4]
El Apolo 17 también colocó un experimento en la superficie de la Luna llamado LEAM , abreviatura de Lunar Ejecta and Meteorites. Fue diseñado para buscar polvo levantado por pequeños meteoritos que golpean la superficie de la Luna. Tenía tres sensores que podían registrar la velocidad, la energía y la dirección de partículas diminutas: uno apuntando hacia arriba, hacia el este y hacia el oeste. LEAM vio una gran cantidad de partículas cada mañana, en su mayoría provenientes del este o del oeste, en lugar de arriba o abajo, y en su mayoría a velocidades más lentas que las esperadas para los eyectados lunares. Además, la temperatura del experimento aumentó a cerca de 100 grados Celsius unas horas después de cada amanecer lunar, por lo que la unidad tuvo que apagarse temporalmente porque se estaba sobrecalentando. Se especula que esto podría haber sido el resultado de que el polvo lunar cargado eléctricamente se adhiriera a LEAM, oscureciendo su superficie de modo que el paquete experimental absorbiera la luz solar en lugar de reflejarla. [6] Sin embargo, los científicos no pudieron hacer una determinación definitiva de la fuente del problema, ya que LEAM funcionó sólo brevemente antes de que terminara el programa Apolo. [8]
Es posible que estas tormentas hayan sido detectadas desde la Tierra: durante siglos ha habido informes de extrañas luces brillantes en la Luna, conocidas como " fenómenos lunares transitorios " o TLP. Algunos TLP se han observado como destellos momentáneos, ahora generalmente aceptados como evidencia visible de meteoritos impactando la superficie lunar. Pero otros han aparecido como resplandores amorfos rojizos o blanquecinos o incluso como regiones oscuras y brumosas que cambian de forma o desaparecen en segundos o minutos. Esto puede haber sido el resultado de la luz solar reflejada en el polvo lunar en suspensión. [6]
Si bien la Luna tiene una atmósfera tenue, el tráfico y los impactos de la actividad humana en la Luna podrían causar que las nubes de regolito lunar se extiendan por toda la Luna y posiblemente contaminen el estado original de la Luna y su contenido científico especial. [9]
Debido a los innumerables impactos de meteoritos (con velocidades del orden de 20 km/s), la superficie lunar queda cubierta por una fina capa de polvo. El polvo está cargado eléctricamente y se adhiere a cualquier superficie con la que entra en contacto.
La densidad del regolito lunar es de aproximadamente 1,5 g/cm 3 y aumenta con la profundidad. [10]
Otros factores que pueden afectar las propiedades del regolito lunar incluyen grandes diferenciales de temperatura , la presencia de un fuerte vacío y la ausencia de un campo magnético lunar significativo , permitiendo así que las partículas cargadas del viento solar golpeen continuamente la superficie de la Luna.
La composición del regolito lunar refleja la composición de las rocas madre que recubre. Con el tiempo, el material se mezcla tanto vertical como horizontalmente (proceso conocido como " jardinería ") mediante procesos de impacto. Si bien el regolito de yegua y de las tierras altas tienen composiciones distintas, sus inventarios de minerales son muy similares, y más bien expresan una diferencia en la proporción de fases minerales. Los principales minerales identificados en el regolito lunar son plagioclasa , olivino , augita , ortopiroxeno , pigeonita , ilmenita , cromita , cuarzo , cristobalita y whitlockita . [11] El vidrio es abundante en el regolito lunar y se forma como resultado del derretimiento por impacto. El hielo es un mineral importante en los cráteres permanentemente sombreados. [12] El regolito lunar se divide en tierras altas y mare según su composición, y además se divide en titanio alto, bajo y muy bajo según su contenido de ilmenita. [13]
La contribución de material de fuentes externas es relativamente menor (fuera de los sistemas de rayos ), de modo que la composición de la tierra en cualquier lugar determinado refleja en gran medida la composición del lecho rocoso local. Según se informa, el regolito lunar sabe y huele a pólvora gastada . [14]
El regolito lunar se compone de varios tipos de partículas, incluidos fragmentos de roca, fragmentos monominerálicos y varios tipos de vidrios, incluidas partículas aglutinadas, esférulas volcánicas y de impacto. [15] Los aglutinados se forman en la superficie lunar por impactos de micrometeoritos que provocan un derretimiento a pequeña escala que fusiona materiales adyacentes con pequeñas motas de hierro elemental incrustadas en la capa vítrea de cada partícula de polvo. [dieciséis]
Hay dos diferencias principales en la química del regolito lunar y la suciedad de los materiales terrestres. La primera es que la Luna está muy seca. Como resultado, aquellos minerales que tienen agua como parte de su estructura ( hidratación mineral ) como la arcilla , la mica y los anfíboles están ausentes de la superficie lunar. [17] La segunda diferencia es que el regolito y la corteza lunar se reducen químicamente , en lugar de oxidarse significativamente como la corteza terrestre. En el caso del regolito, esto se debe en parte al constante bombardeo de la superficie lunar con protones procedentes del viento solar. Una consecuencia es que el hierro en la Luna se encuentra en los estados de oxidación elemental (0) y catiónico (+2), [18] mientras que en la Tierra el hierro se encuentra principalmente en los estados de oxidación +2 y +3.
Un estudio de la NASA de 2005 enumeró 20 riesgos que requerían más estudios antes de que los humanos se comprometieran con una expedición humana a Marte, y clasificó al "polvo" como el desafío número uno. El informe instaba a estudiar sus propiedades mecánicas, corrosividad, arenisca y efecto en los sistemas eléctricos. La mayoría de los científicos piensan que la única manera de responder definitivamente a las preguntas es devolviendo muestras de tierra y roca marcianas a la Tierra mucho antes de lanzar astronautas. [8]
Aunque ese informe abordaba el polvo marciano, las preocupaciones son igualmente válidas en relación con el polvo lunar. El polvo encontrado en la superficie lunar podría causar efectos nocivos en cualquier puesto tecnológico humano y en los miembros de la tripulación: [20] [21] [22]
Los principios de higiene astronáutica deberían utilizarse para evaluar los riesgos de exposición al polvo lunar durante la exploración de la superficie de la Luna y determinar así las medidas más adecuadas para controlar la exposición. Estas pueden incluir quitarse el traje espacial en una esclusa de aire de tres etapas, "aspirar" el traje con un imán [23] antes de quitarlo y usar ventilación de escape local con un filtro de partículas de alta eficiencia para eliminar el polvo de la atmósfera de la nave espacial. [24]
Las propiedades nocivas del polvo lunar no se conocen bien. Según los estudios del polvo encontrado en la Tierra, se espera que la exposición al polvo lunar genere mayores riesgos para la salud, tanto por exposición aguda como crónica. Esto se debe a que el polvo lunar es más reactivo químicamente y tiene superficies más grandes compuestas de bordes dentados más afilados que el polvo terrestre. [25] Si las partículas químicamente reactivas se depositan en los pulmones, pueden causar enfermedades respiratorias. La exposición prolongada al polvo puede causar una enfermedad respiratoria más grave similar a la silicosis . Durante la exploración lunar los trajes espaciales de los astronautas se contaminarán con polvo lunar. El polvo se liberará a la atmósfera cuando se quiten los trajes. Los métodos utilizados para mitigar la exposición incluirán proporcionar altas tasas de recirculación de aire en la esclusa de aire, el uso de un "traje espacial de doble capa", el uso de protectores contra el polvo, el uso de separación magnética de alto grado y el uso de flujo solar para sinterizar. y derretir el regolito. [26] [27] [28]
Informes anecdóticos sobre la exposición humana al polvo lunar durante el programa Apolo sugieren que el polvo lunar tiene propiedades tóxicas. Después de cada EVA, los módulos de la tripulación quedaron muy contaminados con polvo; Muchos astronautas informaron tos, irritación de garganta, ojos llorosos y visión borrosa que probablemente redujeron su rendimiento. Un cirujano de vuelo expuesto al interior de la cápsula después de recuperarse desarrolló lo que parecían ser reacciones alérgicas al polvo lunar que empeoraban después de cada exposición. Los aparentes efectos tóxicos del polvo lunar nunca fueron estudiados exhaustivamente después del programa, y se desconocen las concentraciones de polvo que contaminaron la nave espacial. En cada caso, los síntomas se resolvieron en 24 horas y las pruebas pulmonares posteriores al vuelo no encontraron impactos permanentes en los astronautas. [29]
El potencial del suelo lunar para la construcción de estructuras ha sido propuesto al menos desde la propuesta del lunarcrete y cada vez más probado. [30] [31]
Las diferencias entre el suelo de la Tierra y el suelo lunar significan que las plantas tienen dificultades para crecer en él. [32] [33] Como resultado, las misiones espaciales a largo plazo podrían requerir esfuerzos complicados y costosos para proporcionar alimentos, como importar suelo de la Tierra , tratar químicamente el regolito lunar para eliminar metales pesados y oxidar átomos de hierro, y cultivar selectivamente cepas de plantas que están adaptados al inhóspito regolito lunar. [32] [33] Por lo tanto, se ha probado el regolito lunar y se han cultivado con éxito plantas a partir de él en un laboratorio en la Tierra. [34]
Los astronautas del Apolo trajeron unos 360 kilogramos (790 libras) de rocas lunares desde seis lugares de alunizaje. Aunque este material se ha aislado en botellas envasadas al vacío, ahora no se puede utilizar para análisis químicos o mecánicos detallados: las partículas arenosas deterioraron los sellos de indio de borde afilado de las botellas al vacío; el aire se ha filtrado lentamente. Cada muestra traída de la Luna ha sido contaminada por el aire y la humedad de la Tierra. El polvo ha adquirido una pátina de óxido y, como resultado de la unión con las moléculas de agua y oxígeno terrestres, su reactividad química ha desaparecido. Las propiedades químicas y electrostáticas de la tierra ya no coinciden con las que los futuros astronautas encontrarán en la Luna. [8]
Los artículos contaminados con polvo lunar finalmente estuvieron disponibles para el público en 2014, cuando el gobierno de EE. UU. aprobó [35] la venta de material privado que los astronautas poseen y recolectan. Desde entonces, solo se ha producido para la venta un artículo con polvo lunar genuino recolectado después de que el artículo pasó más de 32 horas en la Luna. Una correa de equipaje, expuesta a los elementos de la Luna durante 32 horas, una pieza del traje espacial de Charles "Pete" Conrad en la misión Apolo 12, fue vendida por su patrimonio a un comprador privado en una subasta. [36] En 2017, el regolito lunar recolectado por Neil Armstrong en 1969 fue subastado. [37] Si bien muchos fabricantes de joyas y relojes afirman que sus productos contienen "polvo lunar", los productos sólo contienen trozos o polvo de meteoritos que se cree que se originaron en la Luna. El 11 de septiembre de 2020, la NASA anunció que está dispuesta a crear un mercado para el regolito lunar mediante la convocatoria de propuestas para comprarlo a proveedores comerciales. [38] En mayo de 2022, los científicos cultivaron con éxito plantas utilizando regolito lunar. El berro Thale ( Arabidopsis thaliana ) fue la primera planta que brotó y creció en la Tierra en regolito de otro cuerpo celeste. [39]
El 16 de diciembre de 2020, la misión Chang'e 5 de China regresó a la Tierra con un cargamento de unos 2 kilogramos de roca y tierra que recogió de la Luna. Es la primera muestra de regolito lunar que regresa a la Tierra desde 1976. China es el tercer país del mundo que ha traído dicho material a la Tierra. [40]
Chang'e-5 forma parte de la primera fase del Programa de Exploración Lunar chino . Chang'e 6 recolectó y devolvió muestras de la cara oculta de la Luna en 2024. [41] [42] Todavía quedan 2 proyectos en esta fase del programa (Chang'e-7 en 2024 y Chang'e-8 en 2027). La segunda fase del programa consiste en llevar astronautas chinos a la Luna entre 2030 y 2039.
La distribución del tamaño de las partículas del polvo lunar de la muestra 77051 del Apolo 17 se ha determinado mediante análisis de imágenes SEM. Los datos de distribución de tamaño presentan una distribución gaussiana aproximada con un modo único alrededor de 300 nm. La superficie de reactivación de partículas altamente porosas de "queso suizo" es aproximadamente un 26% mayor que la de una esfera. Las morfologías de los granos de polvo se han clasificado en cuatro tipos: 1) esféricos; 2) bloques de esquina; 3) fragmentos de vidrio; y 4) irregular (cordoso o queso suizo). Estos datos ayudarán a los investigadores médicos en sus estudios sobre los efectos toxicológicos de la inhalación de polvo lunar por parte de los humanos.
Si bien es aclamado como una fuente potencial de oxígeno y metales, el polvo lunar es motivo de preocupación porque los médicos temen que los granos más pequeños puedan alojarse en los pulmones de los astronautas, causando posibles efectos en la salud a largo plazo.
