Descubierto el origen de la tenue atmósfera de la Luna: está hecha de 'polvo de meteoritos'

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Chicago ha dado un gran paso al identificar cuál es el principal mecanismo de creación de la atmósfera lunar. Y en un artículo recién aparecido en 'Science Advances' explica que es, principalmente, producto de la 'vaporización por impacto'. Es decir, consecuencia de la caída de múltiples meteoritos sobre su superficie a lo largo del tiempo.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores analizaron muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Y el análisis sugiere que a lo largo de los 4.500 millones de años de historia de la Luna, su superficie no ha dejado de ser bombardeada, primero por grandes meteoritos, piezas de planetas en formación y luego, más recientemente, por 'micrometeoroides' mucho más pequeños, incluso del tamaño de granos de polvo.

Según los investigadores, estos impactos constantes han levantado el suelo lunar, vaporizando ciertos átomos al contacto y elevando después las partículas a diferentes alturas. Algunos de esos átomos fueron (y todavía son) expulsados al espacio, mientras que otros permanecen suspendidos sobre la Luna, formando una atmósfera tenue que se repone constantemente a medida que los meteoritos continúan cayendo. Los investigadores, pues, proponen que la vaporización por impacto es el principal proceso por el cual la Luna ha generado y sostenido una atmósfera extremadamente delgada durante miles de millones de años.

«Damos una respuesta definitiva de que la vaporización por impacto de meteoritos es el proceso dominante que crea la atmósfera lunar -afirma Nicole Nie, autora principal del estudio-. La Luna tiene cerca de 4.500 millones de años, y durante ese tiempo la superficie ha sido bombardeada continuamente por meteoritos. Demostramos que, con el tiempo, una atmósfera delgada alcanza un estado estable porque se repone continuamente mediante pequeños impactos».

Ya en 2013, el orbitador Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) trató de averiguar el origen de la delgada atmósfera de la Luna. Y halló pistas sobre dos procesos diferentes: el primero, la vaporización por impacto propuesta en el actual estudio por Nie y sus colegas. Y el segundo, la llamada 'pulverización de iones', un fenómeno relacionado con el viento solar, que transporta partículas cargadas de energía desde el Sol a través del espacio y que, al golpear la superficie de la luna, transfiere su energía a los átomos del suelo y los proyecta a grandes alturas. ¿Pero cuál de estos dos fenómenos es el principal?

«Según los datos de LADEE -dice Nie-, parecía que ambos procesos desempeñaban un papel. Por ejemplo, se demostró que durante las lluvias de meteoritos se observan más átomos en la atmósfera, lo que significa que los impactos tienen un efecto. Pero también se demostró que cuando la Luna está protegida del Sol, como sucede durante un eclipse, también se producen cambios en los átomos de la atmósfera, lo que significa que el Sol también tiene un impacto. Por tanto, los resultados no fueron claros, ni se pudo establecer cuál era la contribución a la atmósfera de cada uno de los dos fenómenos.

Por eso, para hallar respuestas más convincentes, Nie y su equipo examinaron muestras de suelo lunar recolectadas por los astronautas durante las misiones Apolo de la NASA. Así, junto a sus colegas de la Universidad de Chicago, los investigadores adquirieron diez muestras de suelo lunar, cada una de las cuales de alrededor de cien miligramos, una pequeña cantidad que, según Nie, «cabría en una sola gota de lluvia».

Los científicos se centraron en aislar dos elementos de cada muestra: potasio y rubidio. Ambos son 'volátiles', lo que significa que se vaporizan fácilmente tanto a causa de impactos como por la pulverización de iones. Cada elemento existe en forma de varios isótopos. Un isótopo es una variación del mismo elemento, que consta del mismo número de protones pero con un número ligeramente diferente de neutrones. Por ejemplo, el potasio puede existir como uno de tres isótopos, cada uno de los cuales tiene un neutrón más y es un poco más pesado que el anterior. Del mismo modo, existen dos isótopos de rubidio.

La idea de los investigadores era que si realmente la atmósfera de la Luna está formada por átomos que han sido vaporizados y suspendidos en el aire, los isótopos más ligeros de esos átomos deberían elevarse más fácilmente, mientras que los isótopos más pesados tendrían más probabilidades de asentarse en el suelo. Además, la vaporización por impacto y la pulverización iónica deberían dar lugar a proporciones isotópicas muy diferentes sobre la superficie, por lo que la proporción específica de isótopos ligeros y pesados que permanecen en el suelo, tanto de potasio como de rubidio, debería revelar cuál fue el proceso principal que contribuyó al origen de la atmósfera lunar.

Con ese plan en mente, Nie analizó las muestras lunares triturando primero los suelos hasta convertirlos en un polvo fino y disolviendo luego esos polvos en ácidos para purificar y aislar soluciones que contuvieran potasio y rubidio. Por último pasó las soluciones a través de un espectrómetro de masas para medir los diversos isótopos de los dos elementos en cada muestra.

De este modo, el equipo descubrió que los suelos, en efecto, contenían una mayor proporciòn de isótopos pesados de potasio y rubidio. Por lo que pudieron, por primera vez, cuantificar la proporción de isótopos pesados y ligeros de ambos elementos. Y al compararlos, descubrieron que la vaporización por impacto era el proceso dominante mediante el cual los átomos se vaporizan y elevan para formar la atmósfera de la Luna.

«Con la vaporización por impacto -prosigue Nie-, la mayoría de los átomos permanecen en la atmósfera lunar, mientras que con la pulverización de iones, muchos átomos resultan expulsados al espacio. A partir de nuestro estudio, ahora podemos cuantificar el papel de ambos procesos, y decir que la contribución relativa de la vaporización por impacto frente a la pulverización iónica es de aproximadamente 70:30 o mayor».

En otras palabras, el 70 por ciento o más de la atmósfera de la Luna es producto de impactos de meteoritos, mientras que sólo el 30 por ciento restante es consecuencia del viento solar.

«Sin las muestras de las misiones Apolo -concluye la investigadora- no habíamos podido obtener los datos precisos y medir las cantidades para comprender las cosas con más detalle. Es importante para nosotros traer muestras de la Luna y otros cuerpos planetarios, para que podamos obtener imágenes más claras de la formación y evolución del Sistema Solar».