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| Las muestras de vidrio lunar analizadas por los científicos de Rochester se recogieron durante la misión Apolo 16 de la NASA en 1972. Crédito: Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster |
Ausencia de una paleomagnetosfera lunar de larga duración
Resumen
Determinar la presencia o ausencia de un campo magnético lunar de larga duración en el pasado es crucial para entender cómo evolucionaron el interior y la superficie de la Luna. Aquí mostramos que el vidrio de impacto del Apolo asociado a un cráter joven de 2 millones de años registra una fuerte magnetización similar a la de la Tierra, proporcionando pruebas de que los impactos pueden impartir señales intensas a las muestras recuperadas de la Luna y otros cuerpos planetarios. Además, mostramos que los cristales de silicato con inclusiones magnéticas de las muestras de Apolo formadas hace ∼3,9, 3,6, 3,3 y 3,2 mil millones de años son capaces de registrar fuertes campos dinámicos del núcleo, pero no lo hacen. En conjunto, estos datos indican que la Luna no tenía una dínamo de núcleo de larga duración. En consecuencia, la Luna no estuvo protegida por una paleomagnetosfera sostenida, y el regolito lunar debería contener 3He enterrado, agua y otros recursos volátiles adquiridos de los vientos solares y la magnetosfera de la Tierra durante unos 4.000 millones de años.
En 2024 comenzará una nueva era de exploración espacial cuando la NASA envíe astronautas a la Luna en el marco de su misión Artemis, una continuación de las misiones Apolo de los años 60 y 70.
Algunas de las principales cuestiones que los científicos esperan explorar incluyen la determinación de los recursos que se encuentran en el suelo lunar y cómo esos recursos podrían utilizarse para mantener la vida.
En un artículo publicado en la revista Science Advances, investigadores de la Universidad de Rochester, dirigidos por un equipo de colegas de otras siete instituciones, informan de sus hallazgos sobre un factor importante que influye en los tipos de recursos que pueden encontrarse en la Luna: si la Luna ha tenido o no un escudo magnético de larga duración en algún momento de sus 4.530 millones de años de historia.
La presencia o ausencia de un escudo es importante porque los escudos magnéticos protegen a los cuerpos astronómicos de la dañina radiación solar. Y los hallazgos del equipo contradicen algunas suposiciones de larga data.
"Se trata de un nuevo paradigma del campo magnético lunar", afirma el primer autor, John Tarduno, profesor de geofísica del Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente y decano de investigación de Artes, Ciencias e Ingeniería de Rochester.
¿Tuvo alguna vez la Luna un campo magnético?
Durante años, Tarduno ha sido un líder en el campo del paleomagnetismo, estudiando el desarrollo del escudo magnético de la Tierra como medio para entender la evolución planetaria y el cambio medioambiental.
El escudo magnético de la Tierra se origina en las profundidades del núcleo del planeta. Allí, el hierro líquido que se arremolina genera corrientes eléctricas, impulsando un fenómeno llamado geodinamo, que produce el escudo. El escudo magnético es invisible, pero los investigadores reconocen desde hace tiempo que es vital para la vida en la superficie de la Tierra porque protege a nuestro planeta del viento solar, es decir, de las corrientes de radiación procedentes del sol.
Pero, ¿ha tenido alguna vez la Luna de la Tierra un escudo magnético?
Aunque la Luna no tiene un escudo magnético ahora, se ha debatido si la Luna pudo tener un escudo magnético prolongado en algún momento de su historia.
"Desde las misiones Apolo, existe la idea de que la Luna tuvo un campo magnético tan fuerte o incluso más que el de la Tierra hace unos 3.700 millones de años", afirma Tarduno.
La creencia de que la Luna tenía un escudo magnético se basaba en un conjunto de datos inicial de los años 70 que incluía análisis de muestras recogidas durante las misiones Apolo. Los análisis mostraban que las muestras tenían magnetización, que los investigadores creían causada por la presencia de un geodinamo.
Pero un par de factores han hecho reflexionar a los investigadores.
"El núcleo de la Luna es realmente pequeño y sería difícil impulsar realmente ese tipo de campo magnético", explica Tarduno. "Además, las mediciones anteriores que registran un campo magnético elevado no se realizaron mediante experimentos de calentamiento. Utilizaron otras técnicas que pueden no registrar con precisión el campo magnético".
Cuando las muestras lunares se encuentran con los láseres
Tarduno y sus colegas analizaron muestras de vidrio recogidas en anteriores misiones Apolo, pero utilizaron láseres de CO2 para calentar las muestras lunares durante un breve periodo de tiempo, un método que les permitió evitar la alteración de las muestras. A continuación, utilizaron magnetómetros superconductores de alta sensibilidad para medir con mayor precisión las señales magnéticas de las muestras.
"Uno de los problemas de las muestras lunares es que los portadores magnéticos que contienen son muy susceptibles de ser alterados", explica Tarduno. "Al calentar con un láser, no hay evidencia de alteración en nuestras mediciones, por lo que podemos evitar los problemas que la gente puede haber tenido en el pasado".
Los investigadores determinaron que la magnetización de las muestras podría ser el resultado de impactos de objetos como meteoritos o cometas, y no el resultado de la magnetización por la presencia de un escudo magnético. Otras muestras que analizaron tenían el potencial de mostrar una fuerte magnetización en presencia de un campo magnético, pero no mostraron ninguna magnetización, indicando además que la luna nunca ha tenido un escudo magnético prolongado.
"Si hubiera habido un campo magnético en la Luna, todas las muestras que estudiamos deberían haber adquirido magnetización, pero no lo hicieron", afirma Tarduno. "Eso es bastante concluyente de que la luna no tenía un campo dinamo de larga duración".
La falta de escudo magnético implica una abundancia de elementos
Sin la protección de un escudo magnético, la Luna era susceptible al viento solar, lo que puede haber provocado que una variedad de volátiles -elementos y compuestos químicos que pueden evaporarse fácilmente- se implantaran en el suelo lunar. Estos volátiles pueden incluir carbono, hidrógeno, agua y helio 3, un isótopo del helio que no está presente en abundancia en la Tierra.
"Nuestros datos indican que deberíamos estar buscando en el extremo superior de las estimaciones de helio 3 porque la falta de escudo magnético significa que más viento solar llega a la superficie lunar, lo que resulta en depósitos de helio 3 mucho más profundos de lo que se pensaba anteriormente", dice Tarduno.
La investigación puede ayudar a informar sobre una nueva ola de experimentos lunares basados en los datos que recogerá la misión Artemis. Los datos de las muestras recogidas durante la misión permitirán a los científicos e ingenieros estudiar la presencia de volátiles y determinar mejor si estos materiales pueden extraerse para uso humano. El helio 3, por ejemplo, se utiliza actualmente en la obtención de imágenes médicas y en la criogenia, y es una posible fuente de combustible en el futuro.
La falta de blindaje magnético también significa que los antiguos suelos lunares pueden contener registros de emisiones pasadas del viento solar. Por tanto, el análisis de núcleos de muestras de suelo podría proporcionar a los científicos una mejor comprensión de la evolución del sol.
"Con los antecedentes proporcionados por nuestra investigación, los científicos pueden pensar más adecuadamente en el próximo conjunto de experimentos lunares a realizar", dice Tarduno. "Estos experimentos pueden centrarse en los recursos lunares actuales y en cómo podríamos utilizarlos y también en el registro histórico de lo que está atrapado en el suelo lunar".
Fuentes, créditos y referencias:
John A. Tarduno et al, Absence of a long-lived lunar paleomagnetosphere, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abi7647