El agua sobre la superficie de la luna podría ser más abundante de lo que se pensaba

Durante años, los científicos han trabajado para descubrir los misterios del agua en la luna. Ahora, dos nuevos estudios publicados en Nature Astronomy confirman que se podría encontrar agua en toda la superficie lunar.

Un estudio informa la primera evidencia inequívoca de moléculas de agua adheridas o encapsuladas dentro de los granos en el suelo lunar en las franjas de la superficie iluminadas por el sol. El segundo estudio modeló pequeñas zonas en la luna proyectadas en la sombra permanente y descubrió que unos 39.886 kilómetros cuadrados, un área equivalente a casi 7.500.000 campos de fútbol, son lo suficientemente frías como para albergar hielo, aproximadamente un 20 por ciento más de lo que se pensaba.

Al investigar qué formas de agua permanecen en la superficie lunar y dónde está esa agua, los científicos esperan comprender mejor el misterioso ciclo del agua de la luna. A diferencia de la Tierra, donde el agua circula en los ríos y por medio de la lluvia, la formación de agua en la luna puede ser impulsada por el hidrógeno del viento solar que reacciona con el oxígeno en la superficie, así como por los meteoritos helados que golpean el suelo. El agua lunar también puede migrar de regiones soleadas a zonas sombrías.

Pero los movimientos exactos de esta agua y la posible transferencia de zonas soleadas a zonas sombrías siguen siendo un misterio. "Todavía tenemos mucho trabajo para hacer para comprender si están conectados", dice Jessica Sunshine, científica planetaria de la Universidad de Maryland que no formó parte de ninguno de los equipos de estudio. Pero la nueva investigación "sugiere un proceso mucho más complejo de lo que pensábamos antes".

Este trabajo también es vital para los futuros humanos que viajan a la luna y al más allá, incluida la próxima misión Artemis de la NASA que promete llevar a la primera mujer y al próximo hombre a la luna. La presencia de agua y de hielo insinúa que es posible extraer este recurso para convertirlo en combustible, lo que reduce la carga de que los futuros viajeros del espacio deban asumir en sus aventuras más allá de la Tierra.

La nueva percepción del agua lunar es parte de un cambio lento en la forma en que pensamos a nuestro compañero planetario. Alguna vez se pensó que era un paisaje desecado, este mundo dinámico tiene fuentes y sumideros complejos de muchas formas de agua.

“Ha sido una revolución lenta”, dice Paul Hayne, científico planetario de la Universidad de Colorado Boulder y autor principal del estudio de la zona de la sombra. "Pero ha sido una revolución".

Un mundo acuoso

La luna es un mundo de frío y calor extremos. Las temperaturas diurnas cerca del ecuador lunar pueden subir a 121 ° C abrasadores, mientras que durante la noche pueden caer a menos 98 ° F. Y sin una atmósfera protectora espesa, el agua evaporada puede escapar rápidamente al espacio.

Pero para el placer de los científicos, los débiles rastros de agua parecen persistir en la superficie lunar iluminada por el sol. Los instrumentos de tres naves espaciales confirmaron el descubrimiento, anunciado en el año 2009 pero hubo una trampa: el análisis no pudo diferenciar entre el agua y el hidroxilo.

Los investigadores estaban buscando firmas de agua en la superficie lunar con luz infrarroja. Similar a la luz visible dividida a través de un prisma, "el infrarrojo tiene su propio arco iris, aunque no podamos verlo", dice Casey Honniball, investigador postdoctoral en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y autor principal del estudio sobre el agua molecular. Estos análisis anteriores se centraron en una parte del espectro infrarrojo donde brillan tanto el agua como el hidroxilo. Al elegir una sección diferente del espectro, Honniball y sus colegas se concentraron solo en el H₂O.

“Honestamente, no sé por qué alguien no lo había pensado antes, es una idea brillante”, dice Sunshine, quien trabajó en las detecciones del 2009 de las señales acuosas en la luna.

Para el nuevo estudio, Honniball y sus colegas recopilaron datos durante un vuelo realizado en el 2018 del Observatorio estratosférico de astronomía infrarroja (SOFIA), un telescopio infrarrojo montado en un jumbo jet.  Un par de meses después, Honniball estaba procesando los datos desde la comodidad de su sofá cuando apareció la señal del agua. "Creo que grité", dice.

Mientras está presente, es probable que el agua sea escasa, aproximadamente equivalente a 355 centímetros cúbicos en un metro cúbico de tierra. Eso es cien veces más seco que el desierto del Sahara, señala Honniball, aunque advierte que se necesita trabajar más para verificar las concentraciones de agua, ya que la estimación se basa en una observación, en un lugar, en un momento del día lunar.

Pero es una confirmación muy esperada para Sunshine. “Es muy gratificante”, dice. "Estoy muy agradecida de que hayan hecho el trabajo".

En las sombras

El segundo estudio se centró en las oscuras grietas de la superficie lunar. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que el agua podría permanecer como hielo dentro de los cráteres masivos en las áreas de sombra permanente. La presencia de hielo en estos lugares se confirmó en octubre de 2009 cuando la NASA estrelló parte de la nave espacial LCROSS en un área sombreada cerca del polo sur de la luna y detectó evidencia de hielo en la columna de impacto.

Desde aquel entonces, los investigadores han cartografiado estas grandes regiones heladas. Pero después de observar imágenes de alta resolución de la superficie de la luna del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, el nuevo equipo de estudio se dio cuenta de que las zonas heladas sombreadas podrían ser más comunes de lo que se pensaba, incluso en las áreas muy pequeñas. Cada vez que hacían zoom en las imágenes, seguían viendo más: "Son sombras hasta el final", dice Hayne.

Al modelar las temperaturas y las sombras en la luna, el equipo descubrió que se podía formar hielo en áreas diminutas, como una pequeña hormiga. Estas diminutas sombras pueden ser tan frías como sus contrapartes más grandes, señala Hayne. La atmósfera de la luna es tan delgada que no iguala las temperaturas de la superficie, por lo que un punto caliente en ebullición puede estar al lado de un área que está a cientos de grados bajo cero.

La nueva investigación sugiere que el área cubierta por las zonas frías y sombrías es aproximadamente un 20 por ciento mayor de lo estimado anteriormente. Si todas estas zonas están llenas de escarcha, la cantidad de hielo equivaldría a miles de millones de kilogramos de agua, dice Hayne. Pero cuántos realmente tienen hielo sigue siendo una pregunta abierta.

La revolución lenta

Juntos, los estudios podrían ayudar a los científicos a comenzar a reconstruir cómo funciona el ciclo lunar del agua. El agua en la luna proviene de diferentes fuentes. Algunos pueden llegar con meteoritos que chocan con la superficie, pero es probable que algunos también se formen cuando el hidrógeno del viento solar reacciona con el oxígeno de la superficie para formar el hidroxilo. El calor del sol o los impactos de los micrometeoritos podrían hacer que las moléculas de hidroxilo colisionen para formar el H₂O, dice Honniball.

El calor de los impactadores, como los micrometeoritos, también podría derretir parte de la superficie rocosa y vaporizar el agua cercana. A medida que la masa fundida se enfría y se convierte en vidrio, podría encapsular los vapores de agua y eso puede explicar la señal acuosa que detectaron Honniball y su equipo.

Pero se desconoce exactamente cómo y dónde se mueve el agua en la superficie. Los meteoritos podrían liberar algo de agua de la superficie y el sol también podría desempeñar un papel en el movimiento del agua, ya que la señal de agua e hidroxilo se debilita cuando el calor alcanza su punto máximo en el día lunar, dice Sunshine. "¿Realmente lo perdemos o va a alguna zona de sombra?" ella se pregunta. "Estas trampas frías a pequeña escala podrían ayudarnos a comprender".

Los científicos aún tienen mucho que aprender sobre el agua lunar, pero es posible que algunas respuestas estén en camino. En el 2022, la NASA planea enviar el Rover de exploración polar de investigación de volátiles (VIPER) al polo sur de la luna para buscar hielo de agua. Más pistas deberían provenir del Sistema de imágenes infrarrojas compacto lunar (L-CIRIS), también programado para una misión en el 2022, dice Hayne.

Los científicos han especulado sobre la presencia de agua en la Luna desde al menos la década de 1960, pero en los próximos años deberíamos finalmente desarrollar una imagen completa de dónde se esconde el agua lunar y si podríamos usarla para ayudar a futuros exploradores.