Descubren diferencias en el impacto del viento solar en las dos caras de la Luna

La Luna ha estado expuesta al viento solar durante miles de millones de años, pero nuevos hallazgos sugirieron que sus dos hemisferios no han recibido este bombardeo de la misma forma. Las partículas que impactan el lado cercano y el lado lejano llegan a diferentes velocidades y transportan diferentes cantidades de energía.

Un análisis de los materiales recolectados por la misión Chang'e 6 de China ahora sugirió que el campo magnético terrestre es responsable de gran parte de este contraste. Los resultados fueron publicados en Nature Geoscience.

El polvo lunar preserva un registro del viento solar

El viento solar es un flujo constante de partículas cargadas que el Sol libera. Dado que la Luna carece de una atmósfera densa y de un campo magnético global, estas partículas impactan directamente su superficie.

Con el tiempo, el regolito lunar ha almacenado evidencia de esta exposición, actuando como un archivo natural de materiales volátiles entregados por el viento solar, incluyendo gases nobles como el helio, neón, argón, criptón y xenón. Debido a que estos elementos rara vez reaccionan químicamente con otros materiales, los científicos pueden utilizarlos como marcadores confiables de cómo las partículas del viento solar entraron y se acumularon en el suelo lunar.

Hasta hace poco, los investigadores solo podían estudiar muestras del lado cercano de la Luna. Sin materiales del lado lejano, no podían probar directamente si la implantación del viento solar difería sistemáticamente entre los dos hemisferios.

Esto cambió cuando la misión Chang'e 6 trajo de vuelta 1.935 gramos de regolito de la cuenca del Polo Sur Aitken en el lado lejano lunar. Las muestras proporcionaron la primera oportunidad directa de comparar cómo las partículas del viento solar se implantaron en el suelo de ambos lados de la Luna.

Muestras de Chang'e 6 revelan una diferencia isotópica

Un equipo liderado por el Instituto de Geología y Geofísica de la Academia China de Ciencias (CAS) examinó las concentraciones y composiciones isotópicas de helio, neón, argón, criptón y xenón en el material de Chang'e 6.

El estudio fue realizado por Xuhang Zhang, un investigador postdoctoral en el IGG bajo la supervisión del profesor HE Huaiyu. El proyecto también incluyó investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y miembros del equipo de carga útil volátil de Chang'e 7.

Una de las diferencias más claras apareció en los isótopos de neón. El regolito de Chang'e 6 tuvo un promedio de relación ²⁰Ne/²²Ne de 11.34 ± 0.22. Este valor es considerablemente más bajo que las mediciones de todas las muestras estudiadas previamente del lado cercano, pero coincide estrechamente con la composición teórica esperada tras un fuerte fraccionamiento del viento solar.

Este patrón indica que el lado lejano experimentó un fraccionamiento isotópico más intenso, haciendo que el isótopo más pesado de neón sea relativamente más abundante.

El viento solar llegó más profundo en el lado lejano

El criptón y el xenón proporcionaron evidencia adicional de que los dos hemisferios fueron expuestos a partículas con diferentes energías.

Durante experimentos de calentamiento escalonado, el xenón entregado por el viento solar se liberó del material de Chang'e 6 principalmente a altas temperaturas, creando un único pico de alta temperatura. Las muestras de Chang'e 5 del lado cercano mostraron un patrón diferente, con un considerable xenón liberado a temperaturas tanto bajas como altas.

El contraste sugiere que las partículas del viento solar penetraron mucho más en el regolito del lado lejano. Una implantación más profunda generalmente requiere partículas con mayor energía, lo que indica que el lado lejano de la Luna estuvo expuesto a un viento solar más rápido y energético.

Cómo la Tierra frena el viento solar

Los investigadores explicaron la diferencia a través del efecto de "control de velocidad" del campo magnético terrestre.

Mientras la Luna viaja alrededor de la Tierra, a veces se mueve a través de la magnetopausa, una región de amortiguamiento que rodea el campo magnético. Dentro de esta zona, el viento solar se desacelera de su velocidad habitual de aproximadamente 400 km/s a unos 200 km/s.

La velocidad reducida afecta principalmente al lado cercano de la Luna, que enfrenta a la Tierra. Las partículas de menor energía no penetran tan profundamente en la superficie, por lo que su implantación permanece más cerca de la parte superior del regolito.

El lado lejano, que siempre enfrenta alejado de la Tierra, no se ve afectado de la misma manera. Permanece expuesto al viento solar sin perturbaciones, permitiendo que partículas más rápidas penetren más lejos en el suelo lunar.

Los investigadores estimaron que aproximadamente el 25% de la exposición total al viento solar registrada en el sitio de aterrizaje de Chang'e 5 involucró este flujo más lento. En comparación, el sitio de Chang'e 6 en el lado lejano no mostró evidencia de recibir el mismo efecto protector.

El suelo lunar podría registrar el pasado magnético de la Tierra

Estas muestras del lado lejano proporcionan la primera evidencia física directa de que el campo magnético de la Tierra controla la velocidad de las partículas del viento solar que llegan a diferentes partes de la Luna. La influencia queda registrada permanentemente tanto en la profundidad a la que las partículas entraron en el regolito como en las firmas isotópicas de los gases nobles atrapados allí.

Los investigadores también propusieron que los gases nobles pesados en el suelo lunar podrían actuar como "registros fósiles" de interacciones anteriores entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra. Cuando se estudian junto con evidencia paleomagnética, estos gases podrían ofrecer una nueva forma de rastrear cómo cambió el campo magnético de la Tierra a lo largo del tiempo.

Los resultados revelaron que la relación entre el Sol, la Tierra y la Luna es más complicada de lo que los científicos habían comprendido previamente. También sugieren que la Luna ha preservado evidencia oculta de estas interacciones antiguas, brindando a los investigadores una nueva forma de investigar la historia a largo plazo del entorno magnético de la Tierra.