Es posible que la Luna no tenga mucha atmósfera, principalmente debido a su débil campo gravitacional (no se sabe si tenía una atmósfera sustancial hace miles de millones de años). discutible), pero se cree que actualmente mantiene su tenue atmósfera, también conocida como exosfera, debido a los impactos de meteoritos.
Las rocas espaciales han estado bombardeando la Luna durante sus 4.500 millones de años de existencia. Investigadores del MIT y de la Universidad de Chicago han descubierto que las muestras de suelo lunar recogidas por los astronautas durante la era Apolo muestran evidencia de que los meteoritos, desde meteoritos gigantescos hasta micrometeoroides no más grandes que motas de polvo, han lanzado un flujo constante de átomos a la exosfera.
Aunque algunos de estos átomos escapan al espacio y otros caen a la superficie, los que permanecen sobre la Luna crean una atmósfera fina que se va reponiendo a medida que más meteoritos chocan contra la superficie.
“En escalas de tiempo largas, la vaporización por impacto de micrometeoritos es la fuente principal de átomos en la atmósfera lunar”, dijeron los investigadores en un estudio publicado recientemente en Science Advances.
Listo para el lanzamiento
Cuando la NASA envió su orbitador LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) a la Luna en 2013, la misión tenía como objetivo descubrir los orígenes de la atmósfera lunar. LADEE observó más átomos en la atmósfera durante las lluvias de meteoritos, lo que sugería que los impactos tenían algo que ver con la atmósfera. Sin embargo, dejó preguntas sobre el mecanismo que convierte la energía del impacto en una atmósfera difusa.
Para encontrar estas respuestas, un equipo de investigadores del MIT y la Universidad de Chicago, dirigido por la profesora Nicole Nie del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, necesitaba analizar los isótopos de los elementos del suelo lunar que son más susceptibles a los efectos de los impactos de micrometeoroides. Eligieron el potasio y el rubidio.
Los iones de potasio y rubidio son especialmente propensos a dos procesos: vaporización por impacto y pulverización catódica de iones.
La vaporización por impacto es el resultado de la colisión de partículas a altas velocidades, lo que genera cantidades extremas de calor que excitan los átomos lo suficiente como para vaporizar el material en el que se encuentran y hacerlos volar. La pulverización iónica implica impactos de alta energía que liberan átomos sin vaporización. Los átomos que se liberan mediante pulverización iónica tienden a tener más energía y moverse más rápido que los liberados mediante vaporización por impacto.
Cualquiera de ellos puede crear y mantener la atmósfera lunar tras el impacto de meteoritos.
Entonces, si los átomos enviados a la atmósfera por pulverización iónica tienen una ventaja energética, ¿por qué los investigadores descubrieron que la mayoría de los átomos en la atmósfera en realidad provienen de vaporización por impacto?
Aterrizando de nuevo
Dado que las muestras de suelo lunar proporcionadas por la NASA ya habían tenido cuantificados sus isótopos más livianos y pesados de potasio y rubidio, el equipo de Lie utilizó cálculos para determinar qué proceso de colisión tiene más probabilidades de evitar que los diferentes isótopos escapen de la atmósfera.
Los investigadores descubrieron que los átomos transferidos a la atmósfera mediante la pulverización iónica salen disparados a energías tan altas que a menudo alcanzan la velocidad de escape (la velocidad mínima necesaria para escapar de la ya débil gravedad de la Luna) y continúan su viaje hacia el espacio. Después de todo, los átomos que terminan en la atmósfera también pueden perderse en ella.
La fracción de átomos que alcanzan la velocidad de escape después de la vaporización por impacto depende de la temperatura de esos átomos. Los niveles de energía más bajos asociados con la vaporización por impacto dan como resultado temperaturas más bajas, lo que da a los átomos una menor probabilidad de escape.
“La vaporización por impacto es la fuente dominante a largo plazo de la atmósfera lunar, y probablemente aporta más del 65 por ciento de los átomos atmosféricos (de potasio), mientras que la pulverización de iones representa el resto”, dijeron Lie y su equipo en el mismo estudio.
Existen otras formas en las que los átomos se pierden de la atmósfera lunar. En su mayoría, los iones más ligeros tienden a quedarse en la exosfera, y los iones que son demasiado pesados vuelven a caer a la superficie. Otros son fotoionizados por la radiación electromagnética del viento solar y, a menudo, son transportados al espacio por las partículas del viento solar.
Lo que hemos aprendido sobre la atmósfera lunar a través del suelo lunar podría influir en los estudios de otros cuerpos. Ya se ha descubierto que la vaporización por impacto lanza átomos a la exosfera de Mercurioque es más delgada que la de la Luna. El estudio del suelo marciano, que podría aterrizar en la Tierra con misiones de retorno de muestras en el futuro, también podría brindar más información sobre cómo los impactos de meteoritos afectan su atmósfera.
A medida que nos acercamos a una nueva era de misiones lunares tripuladas, la Luna puede tener más que decirnos sobre de dónde proviene su atmósfera y hacia dónde va.
Avances científicos, 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adm7074