Los chorros de gases del módulo de aterrizaje podrían poner una nube en estudios de hielos lunares

El concepto de un artista, de 1969, muestra un módulo lunar descendiendo a la superficie de la Luna. Debido a la atmósfera muy delgada de la Luna, el escape se expande significativamente y puede permanecer en la atmósfera durante meses.
Crédito: NASA / Johnson Space Center
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Un nuevo estudio dirigido por científicos del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, señala un problema importante. Muestra que los gases de escape de un módulo de aterrizaje lunar de tamaño mediano, pueden extenderse rápidamente alrededor de la Luna. Potencialmente contaminarían hielos científicamente vitales en los polos lunares.

Consideraron el vapor de agua emitido por un módulo de aterrizaje de 2.650 libras (1.200 kilogramos), aterrizando cerca del polo sur lunar. Esto es aproximadamente una cuarta parte de la masa seca de un Módulo Lunar Apolo. Las simulaciones por computadora mostraron que los gases de escape solo demoran unas pocas horas en dispersarse por todo la Luna . Del 30% al 40% del vapor persistió en la atmósfera lunar y en la superficie dos meses después. Aproximadamente el 20% finalmente se congelaría cerca de los polos unos meses después.

Esos resultados fueron publicados en línea el 11 de Agosto en la revista «Journal of Geophysical Research: Planets«. Muestran el interés de los investigadores en estudiar los hielos nativos en los cráteres hacia los polos de la Luna. Estos hielos, que pueden remontarse a varios miles de millones de años, deberán considerarse cuidadosamente durante los esfuerzos para devolver a los humanos a la Luna.

El problema no es nuevo, se remonta a las misiones Apolo. Ahora el objetivo es otro: estudiar el origen y dispersión de los hielos y otros volátiles lunares

Lidiar con los gases de escape de las naves espaciales en la Luna no es un problema nuevo. Los investigadores apreciaron este problema durante las misiones Apolo de la NASA en los años 60 y 70. Desarrollaron entonces, los primeros modelos para predecir la propagación de los gases de escape por la atmósfera lunar y la contaminación de la superficie.

«El escape durante las misiones Apolo no complicó las mediciones de la misma manera que podrían hacerlo ahora«, dijo Parvathy Prem. Ella es Investigadora del APL y autora principal del estudio.

Durante la era Apolo, la mayor parte del interés estaba en recolectar muestras lunares. Si bien eso sigue siendo cierto actualmente, el descubrimiento más reciente de hielos conservados en cráteres cerca de los polos lunares ha cambiado el interés científico. Este, apunta a comprender el origen y la dispersión del agua y otras moléculas volátiles en la superficie lunar y en su delgada atmósfera.


Imagen mostrando la distribución de los hielos superficiales (representados como puntos azules) en el polo sur (izquierda) y el polo norte (derecha) de la Luna. Fueron detectados por el instrumento Moon Mineralogy Mapper de la NASA. La escala de grises de esta imagen muestra la temperatura, siendo más oscura la más fría. Señala que los hielos se concentran en los lugares más oscuros y fríos, las sombras de los cráteres.
Crédito: NASA.

“Estos son algunos de los únicos lugares donde podemos encontrar rastros del origen del agua en el Sistema Solar Interior”, dijo Prem.  Leer ese registro requiere medir la composición de esos hielos y sus diversos isótopos, para deducir de dónde probablemente vinieron y cómo llegaron allí. Los gases de escape congelados de la exploración robótica o humana que se acumulan en esos hielos podrían confundir esas mediciones. Incluso si el módulo de aterrizaje aterriza a cientos de millas de distancia.

El problema es global para la Luna

“Lo interesante del trabajo de Parvathy es que muestra muy bien que el efecto, aunque pequeño y temporal, es global”, dijo Dana Hurley. Ella es Científica Planetaria del APL y coautora del estudio.

Simulación que muestra cómo el vapor de agua del escape de un módulo de aterrizaje se esparce por la atmósfera de la Luna. Lo indican los tonos de azul y rojo, con tonos más cálidos siendo más densos. También muestra cómo se esparcen por su superficie empleando tonos de púrpura, con tonos más claros siendo más densos. En ambos casos para un período de 24 horas. Los gases de escape en un lugar de aterrizaje cerca del polo sur de la Luna tardan solo unas pocas horas en extenderse al otro polo.
Crédito: Johns Hopkins APL
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Las organizaciones espaciales pueden esperar que los gases volátiles cubran significativamente la superficie lunar a más de 60 millas (100 kilómetros) del lugar de aterrizaje.

El escape de residuos finalmente se desvanece. Hurley señala que los planes actuales para la exploración lunar humana significan que sucederá con más frecuencia y con módulos de aterrizaje mucho más pesados.

«Los resultados de este estudio impulsan la necesidad crítica de realizar la investigación sobre la atmósfera lunar y los depósitos volátiles, mientras son relativamente prístinos». Señaló Hurley.

Limitaciones del modelo

Prem advierte que el modelo no es infalible. Entre sus limitaciones más destacadas se encuentra que asume el grado en el que el agua interactúa y se “adhiere” a la superficie lunar. Esto es aún es incierto, pero de gran interés para comprender la facilidad con la que el agua se transporta alrededor de la Luna. El modelo rastrea solo el vapor de agua, que comprende aproximadamente un tercio de la composición del escape de la mayoría de los módulos de aterrizaje. Otras moléculas de escape, como el hidrógeno, el amoníaco y el monóxido de carbono, pueden comportarse de manera diferente y quizás persistir aún más.

El seguimiento y la mitigación del problema

«El trabajo de seguimiento debería incluir medir la cantidad de gases de escape que hay alrededor de la Luna durante y después de futuros aterrizajes. Esto ayudaría a concretar una respuesta a cuánto estos gases de escape se «pegan» a la superficie», dijo Prem. «También sugiere que modelar y monitorear el destino de los gases de escape, debería ser una parte rutinaria del desarrollo y planificación de la misión lunar».

Las conversaciones sobre la mitigación de los gases de escape apenas han comenzado, explicó Prem.

En Enero, la NASA finalizó 16 cargas útiles de demostración de ciencia y tecnología seleccionadas para ser llevadas a la Luna en el programa Artemis. Incluye, las Alteraciones de la Exosfera de la Superficie por Aterrizadores (SEAL), instrumento que investigará la respuesta química de la superficie lunar durante un aterrizaje. También, cualquier contaminante que pueda haber sido inyectado.

«Ya sea que tengamos la intención o no, vamos a hacer este experimento de traer gases de escape con nosotros», dijo Prem. «Ahora es cuestión de decidir cómo los tratamos».

Fuente: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

Artículo original: «Simulations Show Lander Exhaust Could Cloud Studies of Lunar Ices«. Jeremy Rehm«. August 13, 2020.

Material relacionado

Zonas de sombra permanente en la Luna:

A medida que la Tierra y la Luna orbitan alrededor del Sol, hay lugares en la Luna que nunca reciben luz solar directa. La mayoría de estas regiones permanentemente en sombra se encuentran en los Polos lunares. Esta animación se aproxima a las regiones permanentemente sombreadas pertenecientes al Polo Sur de la Luna. Ellas mantienen un ángulo solar máximo a la superficie de 1.5 grados. Estas áreas permanentemente sombreadas son de interés porque podrían contener hielo de agua. Más información.
Créditos: NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio. Datos del mapa digital de elevación (DEM) del Polo Sur lunar proporcionados por JAXA / Selene.  

Tomando conciencia de la topografía de la Cuenca de Aitken en la Región del Polo Sur lunar:

Imagen mostrando el relieve topográfico  de los cráteres lunares en sombra permanente en las regiones polares. Observando la Luna durante un mes, se dará cuenta de que las diferentes características (el relieve superficial) son iluminadas por el Sol en diferentes momentos. Sin embargo, hay algunas partes de la Luna que nunca ven la luz del Sol. Estas áreas se denominan regiones en sombra permanente. Son oscuras porque a diferencia de la Tierra, el eje de la Luna es casi perpendicular a la dirección de la luz del Sol. El resultado es que las partes inferiores de ciertos cráteres que no apuntan hacia el Sol, permanecieron oscuras por más de dos mil millones de años. Gracias a los nuevos datos del Orbitador de Reconocimiento Lunar (LRO), ahora podemos ver el interior de estos cráteres oscuros con un detalle increíble.
Créditos: NASA Goddard / LRO Mission.

 El hielo se concentra en los lugares más oscuros y fríos. Se encuentran en el interior en sombra permanente de los cráteres en los Polos lunares.

El siguiente artículo presenta el tema, incluyendo en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre el mismo. Aborda la Historia de las posiciones científicas sobre la existencia de agua en la Luna. También, las diferentes misiones espaciales destinadas a tal fin junto a una colección de libros y atlas, así como videos ilustrativos.

¿Cuánta agua hay en la Luna?

Agua descubierta en la Luna. Se ha descubierto agua en la superficie de la Luna. No se encontraron lagos, sino que el «Moon Mineralogy Mapper» de la NASA a bordo del orbitador lunar Chandrayaan-1 de la India, hizo un hallazgo. Ha detectado que parte de la superficie de la Luna absorbe un color de luz muy específico identificado previamente solo con el agua.
Crédito de las imágenes: ISRO / NASA / JPL-Caltech / USGS / Brown U.

 La noción de larga data de una Luna seca hasta los huesos fue cuestionada en 2008, con la detección de agua en algunas de las muestras de Apolo. Desde entonces, los científicos lunares han intentado comprender cuánta agua hay en la Luna, dónde está y de dónde proviene. En este enfoque web de «Nature Geoscience», presentamos un artículo general, documentos de investigación y artículos de opinión. Discuten su origen, si fue agregada por impactos cometarios o implantada por el viento solar. O también si es autóctona de una Luna que, de hecho, puede no haberse formado seca.

 La Luna tiene agua . Es una gran noticia para una futura base lunar, pero a menudo también se habla como un recurso para crear combustible para cohetes.

En Octubre 2019, la NASA anunció que enviaría un robot móvil, el «Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER)» al Polo Sur de la Luna. El objetivo: encontrar la ubicación exacta y la concentración de hielo de agua en la región. «La clave para vivir en la Luna es el agua, lo mismo que aquí en la Tierra», dijo Daniel Andrews. Él es gerente de proyecto de la misión VIPER y Director de Ingeniería en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley. «Desde la confirmación del hielo de agua lunar hace diez años, la pregunta ahora es otra. Es, si la Luna realmente podría contener la cantidad de recursos que necesitamos para vivir fuera del mundo».

Videos:

Documentales y cortos:

En este episodio, el astronauta y científico Ulrich Walter explica por qué la Luna de repente es tan interesante para la humanidad. Exploramos si existe agua en la Luna y por qué su descubrimiento sería tan importante. El expositor revela los planes de las agencias espaciales con fondos privados y cómo y por qué un asentamiento permanente en la Luna es viable. Nos cuenta sobre los pioneros de las misiones Apolo y la primera conquista. Nos muestra cómo la Luna podría convertirse en un trampolín hacia la exploración espacial más profunda. Muchos científicos y astronautas ven nuestro satélite como punto de partida para abordar la próxima gran aventura de la humanidad: los viajes tripulados a Marte.

Detectando agua en la Luna con el «LEND«

Desde la década de 1960, los científicos sospechan que el agua congelada podría sobrevivir en cráteres oscuros y fríos en los polos de la Luna.

Las misiones lunares anteriores han detectado indicios de agua en la Luna. Pero los nuevos datos del Orbitador de Reconocimiento Lunar (LRO) señalan áreas cercanas al Polo Sur donde es probable que exista agua.

La clave de este descubrimiento es el hidrógeno, el ingrediente principal en el agua. El LRO utiliza su Detector de Neutrones de Exploración Lunar, o LEND, para medir cuánto hidrógeno queda atrapado dentro del suelo lunar. Al combinar años de datos de LEND, los científicos ven una creciente evidencia de áreas ricas en hidrógeno cerca del Polo Sur de la Luna. Esto sugiere fuertemente la presencia de agua congelada.

La presencia de agua en la Luna abre muchas posibilidades emocionantes para la exploración futura y tantas preguntas sobre los orígenes de esa agua.

Los científicos han descubierto que se está liberando agua de la Luna durante las lluvias de meteoros.

Cuando una mota de restos de cometas golpea la Luna, se vaporiza al impactar, creando una onda de choque en el suelo lunar. Para un impactador suficientemente grande, esta onda de choque rompe la capa superior seca del suelo y libera moléculas de agua de una capa hidratada debajo.

La nave espacial LADEE detecta estas moléculas de agua cuando entran en la tenue atmósfera lunar. Los picos en la señal del agua se correlacionan con las lluvias de meteoros conocidas en la Tierra.

El descubrimiento de agua justo debajo de la superficie de la Luna proporciona un recurso potencial para la exploración futura. También mejora nuestra comprensión del pasado geológico de la Luna y su continua evolución. El siguiente video lo presenta:

La producción de agua en la Luna.

_  Hace cincuenta años, los humanos pisaron la Luna y es lo más lejos que hemos explorado. Desde entonces, los humanos han permanecido principalmente dentro de la órbita de la Tierra.

Uno de los principales problemas que enfrentan los viajes espaciales humanos a largo plazo es la capacidad de suministrar suficiente agua necesaria para misiones extendidas.

El producir agua en la Luna, en última instancia puede reducir los costos de tales misiones a largo plazo. En 2024 intentaremos producir agua en la Luna con el instrumento ProSPA. Damos así el primer paso para usar la Luna como parada para los futuros exploradores en su camino a Marte y más allá. 

Hannah Sargeant nos lo mostrará en el siguiente video. Ella es una estudiante de doctorado en «The Open University» que trabaja en el campo de la Ciencia Planetaria. La investigación se centra en la producción de agua a partir de rocas lunares como parte del instrumento ProSPA que volará a la Luna en 2025. Licenciada en Física por la Universidad de Sheffield y Máster en Sistemas de Exploración Espacial por la Universidad de Leicester. También es Profesora calificada de Física y Matemáticas con pasión por la comunicación científica.

Videos de Charlas y Conferencias Públicas:

_ La Misión LCROSS.

En 2009, la NASA estrelló a propósito dos naves espaciales en una de las regiones polares de la Luna. Los impactos levantaron una gran columna de material, visible incluso para telescopios más pequeños en la Tierra. El Dr. Anthony Colaprete, Investigador Principal de la misma, dio una charla antes de que se llevara a cabo la misión. En ella nos explica por qué los científicos creen que hay agua en los cráteres profundos en los polos de la Luna. También, cómo la misión LCROSS planeó buscarla en el penacho de impacto.

El Programa Artemisa

La NASA está volviendo a la Luna, esta vez con socios comerciales e internacionales que ayudarán a explorar más rápido y explorar más. Después de los esfuerzos exitosos para comercializar la órbita terrestre baja, existe un compromiso renovado con este nuevo esfuerzo. Este exige la asociación para lanzar y operar una nueva estación espacial,el «Gateway» (El Portal). El Gateway primero explorará la Luna desde arriba y pondrá a hombres y mujeres en la superficie para 2024. Para celebrar este esfuerzo y para conmemorar el 50 aniversario de la primera caminata lunar, el Instituto SETI organizó dos charlas de verano. Tratan sobre este ambicioso programa, conocido oficialmente como Artemisa.

Aprendiendo a vivir en una superficie planetaria

_  Los planes futuros de la NASA incluyen ir a la Luna para quedarse y luego viajar a Marte. La Luna brinda la oportunidad de lograr una ciencia transformadora para comprender el origen y la evolución del Sistema Solar. En la exploración humana, es un lugar para aprender a vivir y trabajar en una superficie planetaria. Es el próximo banco de pruebas importante para un sistema de transporte a Marte. El científico Jim Green, describe a continuación, cómo la Luna proporciona un entorno natural pero desafiante para nuestros exploradores robóticos y humanos de próxima generación.

Curiosidades:

En el Planeta más próximo al Sol existe hielo de agua en el interior en sombra permanente de los cráteres en las Regiones Polares.

Región Polar Norte de Mercurio. El planeta más interno Mercurio probablemente no sería una buena ubicación para los juegos olímpicos de invierno interplanetarios. Pero los resultados basados ​​en datos de la nave espacial MESSENGER, que orbitó Mercurio, indican que tiene hielo de agua sustancial. Se encuentra en regiones permanentemente sombreadas dentro de los cráteres cerca de su polo norte.  Más información.
Crédito: NASA / JHU Applied Physics Lab / Carnegie Inst. Washington.

Las observaciones de la nave espacial MESSENGER, han confirmado una hipótesis de larga data acerca de Mercurio. Es, que éste alberga abundante hielo de agua y otros materiales volátiles congelados en sus cráteres polares permanentemente sombreados. Los científicos discuten el hallazgo con los medios en la sede de la NASA en Washington, DC, el 29 de Noviembre, 2012:

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