Las partículas de la atmósfera terrestre han sido transportadas al espacio por el viento solar y han estado aterrizando en la Luna durante miles de millones de años, mezclándose con el suelo lunar, según un nuevo estudio.
La investigación arroja nueva luz sobre un enigma que ha persistido durante más de medio siglo desde que las misiones Apolo trajeron muestras lunares con rastros de sustancias como agua, dióxido de carbono, helio y nitrógeno incrustados en el regolito, la capa superficial de polvo lunar.
Los primeros estudios teorizaron que el sol era la fuente de algunas de estas sustancias. Pero en 2005, investigadores de la Universidad de Tokio sugirieron que podrían haberse originado en la atmósfera de la Tierra joven antes de que se desarrollara el campo magnético hace unos 3.700 millones de años. Los autores sospechan que el campo magnético, una vez establecido, podría detener la corriente atrapando las partículas y dificultando o imposibilitando su escape al espacio.
Ahora, una nueva investigación revierte esa hipótesis al sugerir que el campo magnético de la Tierra puede haber ayudado, en lugar de obstaculizar, la transferencia de partículas atmosféricas a la Luna, algo que continúa hasta el día de hoy.
«Esto significa que la Tierra está suministrando gases volátiles como oxígeno y nitrógeno al suelo lunar en este momento», dijo Eric Blackman, coautor del nuevo estudio y profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rochester en Nueva York.
«Durante mucho tiempo se pensó que la Luna se formó inicialmente por el impacto de un asteroide contra la protoTierra, tiempo durante el cual hubo una gran mezcla inicial de dichos volátiles de la Tierra a la Luna», añadió por correo electrónico. «Nuestros resultados muestran que todavía existe una distribución volátil a lo largo de miles de millones de años».
La presencia de elementos útiles como el oxígeno y el hidrógeno en la superficie de la luna la hace interesante para la exploración lunar.
«Las misiones lunares, y eventualmente las colonias lunares que potencialmente podrían surgir algún día, deberían tener recursos autosostenibles que no necesiten ser transportados desde la Tierra», dijo Blackman.
«Por ejemplo, se ha estudiado cómo se puede procesar el agua del regolito lunar y extraer hidrógeno y oxígeno para producir combustible. También hay estudios sobre el combustible a base de amoníaco, que aprovecha el nitrógeno transportado por la luna y el viento solar. Así, este material transportado por el viento solar va al suelo y estos descubrimientos se convierten en parte del recurso local».
Para el nuevo estudio, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora y probaron dos escenarios. Uno tenía un fuerte viento solar (una corriente de partículas de alta velocidad proveniente del Sol) y ningún campo magnético alrededor de la Tierra. El otro tenía un viento solar débil y un fuerte campo magnético alrededor de la Tierra. Los escenarios corresponden aproximadamente al estado antiguo y moderno de nuestro planeta. Las condiciones modernas de la Tierra son extremadamente eficientes para transferir fragmentos de la atmósfera terrestre a la Luna.
Los investigadores compararon los resultados con datos obtenidos directamente del análisis del suelo lunar en estudios anteriores.
«Utilizamos muestras lunares traídas a la Tierra por las misiones Apolo 14 y 17 para validar nuestros resultados», dijo Shubhonkar Paramanik, estudiante de posgrado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rochester. Paramanik es el autor principal de un estudio publicado en diciembre en la revista Nature Communications Earth & Environment.
«Tenemos este viento solar entrando en la atmósfera de la Tierra, y luego la atmósfera de la Tierra se escapa. Entonces, intentamos determinar cuál es la proporción de mezcla de esta mezcla, o distinguir qué partículas son de origen solar y cuáles son de origen terrestre», dijo.
El campo magnético de la Tierra es generado por corrientes eléctricas generadas por el movimiento del hierro y el níquel fundidos en el núcleo externo líquido del planeta. Se extiende hacia el espacio formando un escudo que desvía gran parte del viento solar, que destruye la atmósfera.
Cuando el campo magnético interactúa con el viento solar, se crea la magnetosfera, una estructura similar a un cometa con un frente comprimido y una cola larga. Cuando las partículas del viento solar fluyen a lo largo de líneas magnetosféricas cerca de los polos, se producen las auroras, también conocidas como luces del norte y del sur.
La forma de la magnetosfera explica por qué el viento solar elimina algunas partículas de la atmósfera terrestre y las guía hacia el espacio. Según Blackman, esto permitiría transportar más atmósfera terrestre a la Luna que un modelo terrestre magnetizado o primitivo.
«El campo magnético no es completamente protector por dos razones: tiene presión, lo que infla un poco la atmósfera de la Tierra, permitiendo al viento solar un poco más de acceso a la atmósfera», dijo. «Y cuando la Luna está en la fase de luna llena de su órbita, pasa a una región llamada ‘cola magnética’, donde el campo magnético abre un canal que permite que el material atmosférico tome un camino más directo hacia la Luna».
La Luna pasa a través de la cola magnética durante unos días cada mes y las partículas aterrizan en la superficie de la Luna, donde quedan incrustadas en el suelo porque la Luna no tiene una atmósfera que las intercepte.
Comprender la historia de esta interacción entre la Luna y la Tierra es importante porque podría proporcionar un registro químico valioso, o información sobre la antigua atmósfera de la Tierra, en el suelo lunar, sostiene el estudio. La composición de la atmósfera está vinculada a la evolución de la vida en diferentes momentos de la historia de la Tierra, dijo Blackman.
Kentaro Terada, profesor de cosmoquímica y geoquímica de isótopos en la Universidad de Osaka en Japón, está encantado de que sus observaciones hayan sido confirmadas teóricamente. Terada dirigió un estudio de 2017 que mostró cómo el viento solar y el campo magnético de la Tierra transportaban oxígeno a la luna, pero no participó en la nueva investigación.
«Se reconoce que la Tierra y la Luna han coevolucionado físicamente desde su formación», dijo en un correo electrónico. El descubrimiento de meteoritos lunares y las observaciones de corrientes de partículas desde la Tierra hasta el viento solar revelan una nueva perspectiva: «Dos cuerpos se influyen químicamente entre sí, una especie de intercambio de materiales», explicó, añadiendo que el artículo es «más interesante en el debate amplio de la historia de la Tierra».
La luna contiene pistas sobre la historia y la evolución de la Tierra, y este nuevo estudio refuerza esa idea, según Simeon Barber, investigador principal de la Open University del Reino Unido, que no participó en el trabajo.
El estudio es oportuno, ya que la misión Chang’e-5 de China adquirió recientemente nuevas muestras de suelo lunar joven en 2020 y las primeras muestras del lado oculto de la Luna la Chang’e-6 en 2024, lo que brinda la oportunidad de probar más a fondo los hallazgos.
Además, dijo Barber, el trabajo informará la interpretación de los resultados de los próximos módulos de aterrizaje robóticos lunares capaces de medir directamente elementos volátiles en el regolito lunar.
