Los científicos rastrean los orígenes de la tenue atmósfera de la Luna

Ahora, los científicos del MIT y la Universidad de Chicago dicen que han identificado el proceso principal que formó la atmósfera de la luna y que aún la mantiene en la actualidad. En un estudio publicado en Avances en la cienciael equipo informó que la atmósfera lunar es principalmente producto del “vapor de impacto”.

En su estudio, los investigadores analizaron muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Su análisis muestra que la superficie de la Luna ha sido bombardeada continuamente a lo largo de sus 4.500 millones de años de historia, primero por meteoritos masivos y luego, más recientemente, por pequeños “micrometeoroides” del tamaño de polvo. Estos impactos continuos han levantado el suelo lunar, vaporizando algunos átomos al contacto y elevando las partículas al aire. Algunos átomos son expulsados ​​al espacio, mientras que otros permanecen suspendidos en la luna, creando una atmósfera frágil que se repone constantemente a medida que el meteorito continúa rozando la superficie.

Los investigadores descubrieron que la evaporación por impacto es el principal proceso mediante el cual la Luna creó y mantuvo su atmósfera ultradelgada durante miles de millones de años.

“Ofrecemos una respuesta definitiva de que la evaporación por impacto de meteóricos fue el proceso dominante que creó la atmósfera lunar”, dijo la autora principal del estudio, Nicole Nye, profesora asistente en el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias del MIT. ella dice. “La Luna tiene aproximadamente 4.500 millones de años, y su superficie ha sido bombardeada continuamente por meteoritos durante ese tiempo. Mostramos que eventualmente, una atmósfera delgada alcanza un estado estable cuando se convierte en luna llena, pero se repone constantemente mediante pequeños efectos”.

Los coautores de Nie son Nicholas Dauphas, Xie Zhang y Timo Hopp de la Universidad de Chicago y Menelaus Sarantos del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA.

Personajes de meteorización

En 2013, la NASA envió un orbitador alrededor de la Luna para espiar algunas atmósferas detalladas. El Explorador de atmósfera lunar y entorno de polvo (LADEE, pronunciado “Laddy”) tuvo la tarea de recopilar de forma remota información sobre la atmósfera lunar, las condiciones de la superficie y los efectos atmosféricos sobre el polvo lunar.

La misión LADEE fue diseñada para determinar el origen de la atmósfera de la Luna. Los científicos esperan que las mediciones remotas que investigan la composición de la Tierra y la atmósfera puedan vincularse con algunos procesos climáticos espaciales que luego podrían explicar cómo se formó la atmósfera de la Luna.

Los investigadores sospechan que dos procesos climáticos espaciales desempeñan un papel en la formación de la atmósfera lunar: la evaporación por impacto y la “pulverización de iones”, un fenómeno en el que interviene el viento solar, que transporta partículas cargadas de energía desde el Sol al espacio. Cuando estas partículas golpean la superficie de la luna, pueden transferir su energía a los átomos del suelo y hacer que esos átomos exploten y vuelen por el aire.

“Según los datos de LADEE, parece que ambos procesos desempeñan un papel”, afirma Nee. “Por ejemplo, demostró que durante una lluvia de meteoritos se ven más átomos en la atmósfera, es decir, impactos. Pero también demostró que cuando la Luna está protegida del Sol, esto también cambia, como durante un eclipse. Los átomos Las condiciones de la atmósfera también tienen un efecto, por lo que los resultados no fueron claros ni cuantitativos”.

respuesta en el suelo

Para determinar con mayor precisión el origen de la atmósfera lunar, Nye examinó muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Él y sus colegas de la Universidad de Chicago obtuvieron 10 muestras de suelo lunar, cada una de las cuales medía alrededor de 100 miligramos, una pequeña cantidad que estimaron que cabría en una gota de lluvia.

Ni primero intentó separar dos elementos de cada muestra: potasio y rubidio. Ambos elementos son “volátiles”, lo que significa que se vaporizan fácilmente mediante impacto y pulverización de iones. Cada elemento existe en forma de varios isótopos. Un isótopo es una variación del mismo elemento que contiene la misma cantidad de protones pero una cantidad ligeramente diferente de neutrones. Por ejemplo, el potasio puede existir como uno de tres isótopos, cada uno con un neutrón más y un poco más pesado que el anterior. Asimismo, el rubidio tiene dos isótopos.

El equipo razonó que si la atmósfera de la luna estuviera formada por átomos que se habían evaporado y suspendido en el aire, los isótopos más ligeros de esos átomos deberían elevarse más fácilmente, mientras que los isótopos más pesados ​​tendrían más probabilidades de repoblar el suelo. Además, los científicos predicen que la proporción isotópica en el suelo debería variar mucho como resultado de los efectos de la evaporación y el desconchado de iones. Las proporciones específicas de isótopos ligeros y pesados ​​que permanecen en el suelo, tanto de potasio como de rubidio, deberían indicar procesos importantes en el origen de la atmósfera de la Luna.

Con todo esto en mente, Nye analizó las muestras de Apollo triturando primero la arcilla hasta convertirla en un polvo fino y luego disolviendo el polvo en ácido para purificar y aislar una solución que contenía potasio y rubidio. Luego pasó estas soluciones a través de un espectrómetro de masas para medir los diferentes isótopos tanto de potasio como de rubidio en cada muestra.

Finalmente, el equipo descubrió que el suelo contenía principalmente isótopos pesados ​​de potasio y rubidio. Los investigadores pudieron cuantificar las proporciones de isótopos pesados ​​​​y ligeros tanto del potasio como del rubidio y, al comparar los dos elementos, descubrieron que la evaporación por impacto era el proceso dominante más probable mediante el cual los átomos se vaporizaron en la atmósfera de la luna.

“Con la vaporización por impacto, la mayoría de los átomos permanecerán en la atmósfera lunar, mientras que con las explosiones de iones, muchos átomos serán expulsados ​​al espacio”, dice Nee. “A partir de nuestro estudio, ahora podemos cuantificar el papel de ambos procesos, diciendo que la proporción relativa de pulverización iónica versus evaporación por impacto es de aproximadamente 70:30 o mayor”. En otras palabras, el 70 por ciento o más de la atmósfera de la Luna es resultado de impactos de meteoritos, mientras que el 30 por ciento restante es resultado del viento solar.

“El descubrimiento de un efecto tan sutil es notable, gracias a la idea innovadora de un cuidadoso modelado cuantitativo junto con mediciones de isótopos de potasio y rubidio”, dice Justin Ho, becario postdoctoral que estudia los suelos lunares en la Universidad de Cambridge. el estudio. “Este descubrimiento va más allá de la comprensión de la historia de la luna, ya que pueden ocurrir procesos similares y pueden ser más importantes en otras lunas y asteroides, que son el foco de muchas misiones de retorno planificadas”.

“Sin estas muestras del Apolo, no podríamos realizar mediciones cuantitativas para obtener datos precisos y comprender las cosas con más detalle”, afirma Nee. “Para nosotros es importante recuperar muestras de la Luna y de otros cuerpos planetarios, para poder obtener imágenes claras de la formación y evolución del Sistema Solar”.

Este trabajo fue apoyado, en parte, por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.