Si te preguntara cuál es el paisaje más árido que conoces, probablemente empezarías nombrar desiertos como el del Gobi, del Atacama y del Sahara. Pero, ¿me creerías si te dijera que existe un desierto mucho más grande y cien veces más seco, que hasta la fecha solo ha sido visitado por un puñado de valientes terrícolas? Estoy hablando de nuestro único satélite natural, la Luna. Apenas hace unos pocos años, los científicos pudieron comprobar, que incluso en este mundo pequeño y seco, existe agua. Por supuesto, en la Luna no vas a encontrar un solo charco y mucho menos lagos, ríos o mares. Sin embargo, un descubrimiento reciente ha demostrado que en este cuerpo celeste existen grandes cantidades de agua escondida en los interiores de partículas microscópicas. Tal vez en algún momento, los futuros habitantes podrán extraerla y usarla para saciar su sed, ducharse y regar sus huertos.
Entonces, ¿de dónde viene el agua de la Luna? ¿Dónde se esconde y por qué no se ha evaporado al espacio hace mucho tiempo?
Luna llena. Fuente: Wikipedia.
Historia del descubrimiento de agua en la Luna
Las especulaciones sobre la presencia del agua en la Luna se remontan al menos a 1645, cuando el astrónomo holandés Michael van Langren publicó el primer mapa de nuestro satélite. Van Langren llamó a las grandes manchas oscuras que cubren una parte significativa de la superficie de la Luna «maria», que es la palabra latina para mares. Mapas similares fueron publicados poco después por Johannes Hevelius (1647), Giovanni Riccioli y Francesco Grimaldi (1651). Hoy sabemos que estas manchas oscuros son en realidad llanuras cubiertas de rocas basálticas creadas por antiguos volcanes lunares. Sin embargo, el nombre «mar» se ha mantenido hasta hoy.
Las especulaciones modernas sobre el agua en la Luna se remotan al siglo XIX, cuando el astrónomo estadounidense William Pickering realizó mediciones que demostraron de manera concluyente que la Luna no tiene atmósfera. Con base en esto, los científicos de la época coincidieron en que en ausencia de aire, tampoco podría existir agua líquida en la Luna.
Las ideas sobre la existencia de agua en la Luna fueron retomadas en 1961 por un grupo de físicos teóricos encabezados por Kenneth Watson, quien propuso que este compuesto podría encontrarse en forma de hielo, en el suelo de los cráteres cuyos fondos nunca están iluminados por el Sol. Watson y sus colegas llamaron a estas áreas «regiones de sombra perpetua».
Entre 1969 y 1972, las misiones Apolo trajeron a la Tierra muestras de rocas de áreas que son frecuentemente expuestas a la luz solar. Los análisis de estas muestras no mostraron la presencia de agua en ellas. Sin embargo, científicos soviéticos publicaron dos artículos científicos en 1978 en los que aseguraban haber detectado la presencia de agua en las rocas recogidas por la sonda soviética Luna 24 en 1972. Según ellos, el agua representaba un total del 0,1% de la masa de estas rocas
Mapa de la Luna hecho por Michael van Langren en 1645.
Otras indicaciones, pero no la confirmación de la presencia del agua en la Luna, fueron proporcionadas por una serie de misiones espaciales, como Clementine, Lunar Prospector, Lunar Reconnaissance Orbiter y Lunar Crater Observation and Sensing Satellite de la NASA, Kaguya japonesa, Chang’e 1 de China, y Chandrayaan-1 de la India. Estas misiones mostraron la presencia de grandes cantidades sea de hidrógeno o de compuestos que podrían sers agua o diferentes hidróxidos (moléculas que contienen uno o más aniones hidróxidos, -OH).
La evidencia definitiva de la existencia de agua en la Luna fue proporcionada en 2020 por la misión estadounidense-alemana SOFIA. Se trataba de un telescopio de 2,5 metros de diámetro, que estaba instalado en un avión Boeing 747SP y observaba el universo en la parte infrarroja del espectro. En octubre de ese año, los científicos confirmaron que la presencia de agua en la superficie de nuestro satélite no es limitada a las regiones de la sombra permanente, sino que esta molécula es presente en todas partes en la superficie de la Luna.
Descubrimiento de la Misión China
Recientemente, la misión China Chang’e 5, que partió rumbo a la Luna el 23 de noviembre de 2020 y alunizó el 1 de diciembre del mismo año, generó euforia en la comunidad científica. Chang’e 5 recolectó muestras de rocas durante varios días y las entregó a la Tierra el 16 de diciembre. La sonda regresó con alrededor de 1,7 kg de muestras, que los científicos chinos colocaron bajo un microscopio. Y lo que encontraron puso patas arriba todo lo que sabíamos sobre el agua en la luna.
En febrero de este año, un grupo de científicos dirigido por el Dr. Huicun publicó un artículo científico en la revista Nature Geoscience en el que dieron a conocer que el agua en las muestras de rocas lunares se encuentra dentro de pequeñas partículas de vidrio llamadas microtectitas (del griego mikros, pequeño y tektos, fundido).
Primero contemos la historia de las microtectitas en el regolito lunar. Estos se forman durante las caídas de meteoritos. Cuando estos últimos colisionan con la superficie lunar, una pequeña cantidad del material se calienta a temperaturas muy altas, provocando su fusión. Esta lleva a que las partículas de silicato en el material se unan y formen las microtectitas, cuyos tamaños alcanzan entre 50 micrómetros y 1 milímetro. Dado que este proceso ha ocurridos en la Luna durante al menos dos mil millones de años, la cantidad de microtectitas en ella es enorme.
Misión Chang’e 5. Fuente: Wikipedia.
Por otro lado, existe un gas llamado el viento solar que fluye constantemente desde el Sol hacia el espacio interplanetario. Se compone principalmente de protones y electrones y viaja hacia el borde de la heliosfera a velocidades típicas entre 300 y 800 kilómetros por segundo. Cuando los protones, que en realidad son núcleos de átomos de hidrógeno, colisionan con la superficie de la Luna, también golpean las microtectitas, que contienen, entre otras cosas, átomos de oxígeno. El hidrógeno reacciona con el oxígeno y se obtienen moléculas de agua. Debido al proceso de difusión, estas últimas penetran en el interior de las microtectitas, donde pueden permanecer durante varios años. Más tarde, nuevamente debido a la difusión, las moléculas de agua salen a la superficie de las microtektitas y se evaporan al espacio. Por lo tanto, estas partículas de vidrio en la Luna forman un enorme reservorio de agua, cuya cantidad total se estima en hasta 200 mil millones de toneladas.
De esta manera, los meteoritos y el viento solar permiten la existencia del ciclo de agua en la Luna con un período de un día. Por supuesto, un día lunar dura aproximadamente 27 días o cuatro semanas terrestres. La parte de la superficie de la Luna que está expuesta a la larga noche de dos semanas se enfría mucho. Durante este tiempo, las moléculas de agua salen desde el interior de las microtectitas hasta su superficie, por lo que la superficie de la Luna contiene una gran cantidad de estas moléculas a primera hora de la mañana. Alrededor del mediodía, la superficie de la Luna alcanza su temperatura más alta y las moléculas de agua se evaporan al espacio. Por la tarde, la temperatura superficial empieza a disminuir. Las moléculas de agua formadas durante las colisiones de los protones solares con el oxígeno de las microtectitas durante las partes más frescas del día penetran al interior de estas partículas de vidrio. El anochecer es seguido por un rápido enfriamiento de la superficie lunar, y durante la noche, empieza un nuevo ciclo.
Con este importante descubrimiento de los científicos Chinos obtuvimos otra lección sobre el tema de cómo algunos cuerpos celestes obtuvieron su agua.
Lecturas adicionales para los más curiosos
- Earth’s Moon, NASA, https://moon.nasa.gov/inside-and-out/water-on-the-moon/
- Watson, K., B. C. Murray, and H. Brown (1961), The Behavior of Volatiles on the Lunar Surface, J. Geophys. Res., 66(9), 3033–3045.
- Lunar Water, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_water
- Akhmanova, M; Dement’ev, B; Markov, M (February 1978). «Water in the regolith of Mare Crisium (Luna-24)?». Geokhimiya (in Russian) (285).
- Akhmanova, M; Dement’ev, B; Markov, M (1978). «Possible Water in Luna 24 Regolith from the Sea of Crises». Geochemistry International. 15 (166).
- NASA’s SOFIA Discovers Water on Sunlit Surface of Moon, NASA, https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-sofia-discovers-water-on-sunlit-surface-of-moon.
- Honniball, C.I.; et al. «Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA». Nature Astronomy. 5 (2): 121–127. Bibcode:2021NatAs…5..121H. doi:10.1038/s41550-020-01222-x. S2CID 228954129.
- Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, Wikipedia, Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
- Moon’s Glass Beads Hold Billions of Tons of Water, HowStuffWorks, https://science.howstuffworks.com/moon-glass-beads-water.htm
- Tektites, Jackson School Museum of Earth History, https://www.jsg.utexas.edu/npl/outreach/tektites/
- He, H., Ji, J., Zhang, Y. et al. A solar wind-derived water reservoir on the Moon hosted by impact glass beads. Nat. Geosci. 16, 294–300 (2023). https://doi.org/10.1038/s41561-023-01159-6
- Moon&Mars, NASA, https://www.nasa.gov/topics/moonmars/features/sunshine4.html
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