El regolito lunar es el material no consolidado que se encuentra en la superficie de la Luna y en su tenue atmósfera . A veces denominado suelo lunar, el suelo lunar se refiere específicamente al componente del regolito de tamaño inferior a 1 cm. Sus propiedades difieren sustancialmente del suelo terrestre .
El regolito lunar, que es la fina capa superficial de la Luna, es absorbido incluso por fenómenos naturales débiles que se producen en la superficie lunar, lo que le permite formar parte de la escasa atmósfera lunar. Se altera fácilmente y supone un riesgo importante para los equipos expuestos y la salud humana. El fino regolito lunar está formado por partículas afiladas y muy adhesivas, con un sabor y un olor característicos a pólvora. El regolito lunar se explora como un recurso lunar , en particular para su utilización in situ , como material de construcción lunar y como 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 sobre la superficie lunar durante miles de millones de años desgastan la roca basáltica y anortosítica , el regolito de la Luna, hasta convertirla en un material cada vez 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 serie de procesos biológicos contribuyentes.
El término suelo lunar se refiere típicamente solo a la fracción más fina del regolito lunar , que está compuesta por granos de 1 cm de diámetro o menos, pero a menudo se usa indistintamente. [1] El término polvo lunar generalmente hace referencia a materiales incluso más finos que el suelo lunar . No existe una definición oficial de qué tamaño de fracción constituye "polvo"; algunos sitúan el límite en menos de 50 μm de diámetro, mientras que otros lo sitúan en menos de 10 μm. [ cita requerida ]
Los principales procesos implicados en la formación del regolito lunar son: [ cita requerida ]
Estos procesos continúan cambiando las propiedades físicas y ópticas de la suciedad a lo largo del tiempo y se conocen como erosión espacial .
Además, la formación de fuentes de fuego, mediante la cual la lava volcánica se eleva y se enfría en pequeñas perlas de vidrio antes de volver a caer a la superficie, puede crear depósitos pequeños pero importantes en algunos lugares, como la tierra naranja encontrada en el cráter Shorty en el valle Taurus-Littrow por el Apolo 17 , y el vidrio verde encontrado en Hadley-Apennine por el Apolo 15. [ cita requerida ] También se cree que los depósitos de perlas volcánicas son el origen de los depósitos del manto oscuro (DMD) en otros lugares alrededor de la Luna. [2]
Hay algunas evidencias de que la Luna tiene una tenue capa de partículas de polvo en movimiento que saltan y caen constantemente de la superficie lunar, 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 es causado por la levitación electrostática . En el lado iluminado de la Luna, la radiación solar ultravioleta y de rayos X es lo suficientemente energética como para expulsar electrones de los átomos y moléculas en el 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 se elevan a cualquier lugar de metros a kilómetros de altura, y las partículas más pequeñas alcanzan las altitudes más altas. Finalmente, caen de nuevo 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 aumentar 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 podría haber campos eléctricos horizontales significativos formándose entre las áreas diurnas y nocturnas, lo que resultaría en un transporte de polvo horizontal, 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]
Existen algunas pruebas de este efecto. A principios de los años 60, la Surveyor 7 [7] y varias sondas espaciales Surveyor anteriores que aterrizaron suavemente en la Luna enviaron fotografías que mostraban un inconfundible resplandor crepuscular bajo sobre el horizonte lunar que persistía después de la puesta del Sol. [4] Además, contrariamente a lo que se esperaba de condiciones sin aire ni neblina atmosférica, el horizonte distante entre la tierra y el cielo no se veía nítido. Los astronautas del Apolo 17 que orbitaron la Luna en 1972 vieron y esbozaron repetidamente lo que llamaron "bandas", "streamers" o "rayos crepusculares" durante unos 10 segundos antes del amanecer o el atardecer lunares. Los astronautas a bordo del Apolo 8, 10 y 15 también informaron sobre estos rayos. Podrían haber sido similares a los rayos crepusculares en la Tierra. [4]
El Apolo 17 también colocó un experimento en la superficie de la Luna llamado LEAM , abreviatura de Lunar Ejecta and Meteorites (ejecta lunar y meteoritos). Fue diseñado para buscar polvo levantado por pequeños meteoroides que impactan 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, otro hacia el este y otro hacia el oeste. LEAM detectó una gran cantidad de partículas cada mañana, la mayoría provenientes del este o el oeste, en lugar de arriba o abajo, y en su mayoría a velocidades más lentas que las esperadas para las eyecciones 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 polvo lunar cargado eléctricamente adherido a LEAM, oscureciendo su superficie para que el paquete del experimento absorbiera la luz solar en lugar de reflejarla. [6] Sin embargo, los científicos no pudieron determinar definitivamente la fuente del problema, ya que LEAM funcionó solo brevemente antes de que terminara el programa Apolo. [8]
Es posible que estas tormentas hayan sido avistadas 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, que ahora se aceptan generalmente como evidencia visible de meteoritos que impactan 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. Estos pueden haber sido el resultado de la luz solar reflejada en el polvo lunar suspendido. [6]
Si bien la Luna tiene una atmósfera débil, el tráfico y los impactos de la actividad humana en la Luna podrían causar que nubes de regolito lunar se extiendan a lo largo de la Luna y posiblemente contaminen el estado original de la Luna y su contenido científico especial. [9]
Debido a los numerosos impactos de meteoritos (con velocidades de hasta 20 km/s), la superficie lunar está 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 diferencias de temperatura , la presencia de un vacío fuerte y la ausencia de un campo magnético lunar significativo , lo que permite que 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 (un proceso conocido como " jardinería ") por procesos de impacto. Si bien el regolito de mare y de tierras altas tienen composiciones distintas, sus inventarios minerales son muy similares, expresando más bien una diferencia en la proporción de fases minerales. Los minerales primarios 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 de la fusión por impacto. El hielo es un mineral importante en los cráteres permanentemente sombreados. [12] El regolito lunar se divide en tierras altas y de mare sobre la base de su composición, y se divide a su vez en alto, bajo y muy bajo contenido de titanio sobre la base de 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 del polvo en cualquier ubicación dada refleja en gran medida la composición del lecho rocoso local. Se dice que el regolito lunar tiene sabor y olor a pólvora usada . [14]
El regolito lunar está compuesto de varios tipos de partículas, incluidos fragmentos de roca, fragmentos monominerales y varios tipos de vidrios, incluidas partículas aglutinadas, esferulitas volcánicas y de impacto. [15] Los aglutinados se forman en la superficie lunar por impactos de micrometeoritos que causan una fusión a pequeña escala que fusiona los materiales adyacentes junto con pequeñas motas de hierro elemental incrustadas en la capa vítrea de cada partícula de polvo. [16]
Existen dos diferencias principales en la química del regolito lunar y la suciedad de los materiales terrestres. La primera es que la Luna es muy seca. Como resultado, aquellos minerales con agua como parte de su estructura ( hidratación mineral ), como la arcilla , la mica y los anfíboles , están ausentes de la superficie de la Luna. [17] La segunda diferencia es que el regolito lunar y la corteza se reducen químicamente , en lugar de oxidarse significativamente como la corteza terrestre. En el caso del regolito, esto se debe en parte al bombardeo constante de la superficie lunar con protones 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 enumeraba 20 riesgos que requerían un estudio más profundo antes de que los seres humanos se comprometieran a realizar una expedición tripulada a Marte, y clasificaba al "polvo" como el desafío número uno. El informe instaba a estudiar sus propiedades mecánicas, su capacidad corrosiva, su granulosidad y su efecto sobre los sistemas eléctricos. La mayoría de los científicos cree que la única forma de responder a las preguntas de manera definitiva es traer muestras de tierra y rocas marcianas a la Tierra mucho antes de enviar a ningún astronauta. [8]
Aunque ese informe se refería al polvo marciano, las preocupaciones son igualmente válidas en lo que respecta al polvo lunar. El polvo encontrado en la superficie lunar podría causar efectos nocivos en la tecnología de cualquier puesto de avanzada 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, de ese modo, determinar 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 quitárselo y utilizar ventilación 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 son bien conocidas. Según los estudios sobre el polvo encontrado en la Tierra, se espera que la exposición al polvo lunar resulte en 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 áreas de superficie más grandes compuestas de bordes dentados más afilados que el polvo de la Tierra. [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 escudos contra el polvo, el uso de separación magnética de alto grado y el uso del flujo solar para sinterizar y fundir el regolito. [26] [27] [28]
Los informes anecdóticos de 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 estaban muy contaminados con polvo; muchos astronautas informaron de 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 la recuperación desarrolló lo que parecieron ser reacciones alérgicas al polvo lunar que empeoraron después de cada exposición. Los aparentes efectos tóxicos del polvo lunar nunca se estudiaron 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 se está probando más. [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 terrestre , tratar químicamente el regolito lunar para eliminar metales pesados y oxidar átomos de hierro, y criar selectivamente cepas de plantas que estén adaptadas al inhóspito regolito lunar. [32] [33] Por lo tanto, se ha probado el regolito lunar, cultivando plantas con éxito a partir de él en un laboratorio en la Tierra. [34]
Los astronautas de la misión Apolo trajeron de vuelta unos 360 kilogramos de rocas lunares de seis lugares de aterrizaje. Aunque este material ha sido aislado en botellas envasadas al vacío, ahora no se puede utilizar para un análisis químico o mecánico detallado: las partículas arenosas deterioraron los sellos de indio de las botellas de vacío, que tienen un borde afilado como un cuchillo; el aire se ha filtrado lentamente. Todas las muestras traídas de la Luna han sido contaminadas 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 suciedad 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 los EE. UU. aprobó [35] la venta de material privado que poseían y recolectaban los astronautas. Desde entonces, solo se ha producido un artículo para la venta con polvo lunar genuino recolectado después de que el artículo pasara 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 puesto a subasta. [37] Si bien muchos fabricantes de joyas y relojes afirman que su producto contiene "polvo lunar", los productos solo contienen piezas 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 llamando a propuestas para comprarlo a proveedores comerciales. [38] En mayo de 2022, los científicos lograron cultivar plantas utilizando regolito lunar. El berro de Thale ( Arabidopsis thaliana ) fue la primera planta que brotó y creció en la Tierra en el regolito de otro cuerpo celeste. [39]
El 16 de diciembre de 2020, la misión Chang'e 5 de China regresó a la Tierra con 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 ese material a la Tierra. [40]
Chang'e-5 es parte de la primera fase del Programa de Exploración Lunar chino . Chang'e 6 recolectó y trajo muestras del lado oculto de la Luna en 2024. [41] [42] Todavía quedan dos proyectos en esta fase del programa (Chang'e-7 en 2024 y Chang'e-8 en 2027). La segunda fase del programa es aterrizar astronautas chinos en 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 solo modo en torno a los 300 nm. El área de superficie de reactivación de partículas "de queso suizo" altamente porosas es aproximadamente un 26% mayor que una esfera. Las morfologías de los granos de polvo se han clasificado en función de sus cuatro tipos: 1) esféricos; 2) bloques angulares; 3) fragmentos de vidrio; y 4) irregulares (gruesos o con forma de queso suizo). Estos datos ayudarán a los investigadores médicos en sus estudios de los efectos toxicológicos de la inhalación de polvo lunar por parte de los seres humanos.
Aunque se lo considera 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, lo que podría causar efectos a largo plazo sobre la salud.
