SOFIA de la NASA descubre agua en la superficie de la Luna iluminada por el Sol.

Esta ilustración destaca el cráter Clavius ​​de la Luna con una representación del agua atrapada en el suelo lunar, junto con una imagen del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) de la NASA.
Créditos: NASA / Daniel Rutter.

El Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA (SOFIA) ha confirmado, por primera vez, la presencia de agua en la superficie de la Luna iluminada por el Sol. Este descubrimiento indica que el agua puede estar distribuida por la superficie lunar, y no se limita a lugares fríos y sombreados.

SOFIA ha detectado moléculas de agua (H2O) en el cráter Clavius, uno de los cráteres más grandes visibles desde la Tierra, ubicado en el hemisferio sur de la Luna. Las observaciones anteriores de la superficie de la Luna detectaron alguna forma de hidrógeno, pero no pudieron distinguir entre el agua y su pariente químico cercano, el hidroxilo (OH). Los datos obtenidos de esta zona revelan la existencia de agua en concentraciones de 100 a 412 partes por millón, aproximadamente equivalente a una botella de agua de 12 onzas, esparcida en un metro cúbico de suelo de la superficie lunar. Los resultados se publicaron en el último número de Nature Astronomy.

“Teníamos indicios de que el H2O, el agua familiar que conocemos, podría estar presente en el lado iluminado de la Luna”, dijo Paul Hertz, director de la División de Astrofísica en la Dirección de Misiones Científicas en la Sede de la NASA en Washington. “Ahora sabemos que está ahí. Este descubrimiento desafía nuestra comprensión de la superficie lunar y plantea preguntas intrigantes sobre los recursos relevantes para la exploración del espacio profundo “.

A modo de comparación, el desierto del Sahara tiene 100 veces la cantidad de agua que SOFIA detectó en el suelo lunar. A pesar de las pequeñas cantidades, el descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre cómo se crea el agua y cómo persiste en la dura superficie lunar sin aire.

El agua es un recurso precioso en el espacio profundo y un ingrediente clave de la vida tal como la conocemos. Queda por determinar si el agua que SOFIA encontró es fácilmente accesible para su uso como recurso. Bajo el programa Artemis de la NASA, la agencia está ansiosa por aprender todo lo que pueda sobre la presencia de agua en la Luna antes de enviar a la primera mujer y al siguiente hombre a la superficie lunar en 2024 y establecer una presencia humana sostenible allí para fines de la década.

Los resultados de SOFIA se basan en años de investigaciones previas que examinan la presencia de agua en la Luna. Cuando los astronautas del Apolo regresaron por primera vez de la Luna en 1969, se pensó que estaba completamente seca. Misiones orbitales y de impacto durante los últimos 20 años, como el satélite de observación y detección de cráteres lunares de la NASA, confirmaron hielo en cráteres permanentemente sombreados alrededor de los polos de la Luna. Mientras tanto, varias naves espaciales, incluida la misión Cassini y la misión del cometa Deep Impact, así como la misión Chandrayaan-1 de la Organización de Investigación Espacial de la India, y la Instalación del Telescopio Infrarrojo con base en tierra de la NASA, observaron ampliamente la superficie lunar y encontraron evidencia de hidratación en regiones más soleadas. Sin embargo, esas misiones no pudieron distinguir definitivamente la forma en que estaba presente, ya sea H2O u OH.

“Antes de las observaciones de SOFIA, sabíamos que había algún tipo de hidratación”, dijo Casey Honniball, autora principal que publicó los resultados de su trabajo de tesis de posgrado en la Universidad de Hawaii en Mānoa en Honolulu. “Pero no sabíamos cuánto, si es que había alguno, eran en realidad moléculas de agua, como la que bebemos todos los días, o algo más como un limpiador de desagües”.

Los científicos que utilizaron el telescopio de la NASA en un avión, el Observatorio estratosférico de astronomía infrarroja, descubrieron agua en una superficie de la Luna iluminada por el sol por primera vez. SOFIA es un avión Boeing 747SP modificado que permite a los astrónomos estudiar el Sistema Solar y más allá de formas que no son posibles con los telescopios terrestres. Se encontró agua molecular, H2O, en el cráter Clavius, uno de los cráteres más grandes visibles desde la Tierra en el hemisferio sur de la Luna. Este descubrimiento indica que el agua se puede distribuir por la superficie lunar, y no se limita a lugares fríos y sombreados.
Créditos: NASA / Ames Research Center.

SOFIA ofreció una nueva forma de mirar la Luna. Volando a altitudes de hasta 13.000 metros, este avión Boeing 747SP modificado con un telescopio de 270 centímetros de diámetro alcanza más del 99% del vapor de agua en la atmósfera de la Tierra para obtener una vista más clara del Universo infrarrojo. Usando su cámara infrarroja de objeto débil del telescopio (FORCAST), SOFIA pudo captar la longitud de onda específica única de las moléculas de agua, a 6,1 micrones, y descubrió una concentración relativamente sorprendente en el soleado cráter Clavius.

“Sin una atmósfera espesa, el agua en la superficie lunar iluminada por el sol debería perderse en el espacio”, dijo Honniball, quien ahora es becario postdoctoral en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Sin embargo, de alguna manera lo estamos viendo. Algo está generando el agua y algo debe estar atrapándolo allí “.

Varias fuerzas podrían estar en juego en la aparición o creación de esta agua. Los micrometeoritos que caen sobre la superficie lunar, transportando pequeñas cantidades de agua, podrían depositar el agua en la superficie lunar tras el impacto. Otra posibilidad es que podría haber un proceso de dos pasos mediante el cual el viento solar entrega hidrógeno a la superficie lunar y provoca una reacción química con los minerales que contienen oxígeno en el suelo para crear hidroxilo. Mientras tanto, la radiación del bombardeo de micrometeoritos podría estar transformando ese hidroxilo en agua.

La forma en que el agua se almacena, lo que hace posible que se acumule, también plantea algunas preguntas intrigantes. El agua podría quedar atrapada en pequeñas estructuras en forma de perlas en el suelo que se forman a partir del alto calor creado por los impactos de los micrometeoritos. Otra posibilidad es que el agua pueda estar escondida entre los granos de suelo lunar y protegida de la luz solar, lo que podría hacerla un poco más accesible que el agua atrapada en estructuras en forma de cuentas.

Para una misión diseñada para observar objetos distantes y tenues como agujeros negros, cúmulos de estrellas y galaxias, la atención de SOFIA sobre el vecino más cercano y brillante de la Tierra fue una desviación de la normalidad. Los operadores del telescopio generalmente usan una cámara guía para rastrear estrellas, manteniendo el telescopio fijo en su objetivo de observación. Pero la Luna está tan cerca y es tan brillante que llena todo el campo de visión de la cámara guía. Sin estrellas visibles, no estaba claro si el telescopio podría rastrear la Luna de manera segura. Para determinar esto, en agosto de 2018, los operadores decidieron intentar una observación de prueba.

“De hecho, era la primera vez que SOFIA miraba la Luna, y ni siquiera estábamos completamente seguros de si obtendríamos datos fiables, pero las preguntas sobre el agua de la Luna nos obligaron a intentarlo”, dijo Naseem Rangwala, el proyecto de SOFIA. científico del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California. “Es increíble que este descubrimiento surgiera de lo que era esencialmente una prueba, y ahora que sabemos que podemos hacer esto, estamos planeando más vuelos para hacer más observaciones”.

Los vuelos de seguimiento de SOFIA buscarán agua en lugares adicionales iluminados por el sol y durante diferentes fases lunares para aprender más sobre cómo se produce, almacena y mueve el agua a través de la Luna. Los datos se sumarán al trabajo de futuras misiones a la Luna, como el Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA, para crear los primeros mapas de recursos hídricos de la Luna para la futura exploración espacial humana.

En el mismo número de Nature Astronomy, los científicos han publicado un artículo utilizando modelos teóricos y datos del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, señalando que el agua podría quedar atrapada en pequeñas sombras, donde las temperaturas se mantienen por debajo del punto de congelación, en más de la Luna de lo que se espera actualmente. Los resultados se pueden encontrar aquí.

“El agua es un recurso valioso, tanto para fines científicos como para el uso de nuestros exploradores”, dijo Jacob Bleacher, científico jefe de exploración de la Dirección de Misiones de Operaciones y Exploración Humana de la NASA. “Si podemos utilizar los recursos de la Luna, entonces podemos transportar menos agua y más equipo para ayudar a permitir nuevos descubrimientos científicos”.

SOFIA es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán. Ames gestiona el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades, con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA de la Universidad de Stuttgart. La aeronave es mantenida y operada por el Armstrong Flight Research Center Building 703 de la NASA, en Palmdale, California.