Agua lunar: el viento solar y la latitud influyen en su distribución

La abundancia, distribución y origen del agua en la superficie lunar ha despertado un notable interés científico, debido a su papel crucial en la exploración espacial futura. Un equipo de investigación del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia China de Ciencias (IGGCAS) descubrió que las muestras de suelo lunar traídas por la misión Chang'e-6, recolectadas del lado oculto de la Luna, contienen altas concentraciones de OH/H₂O y bajos ratios de deuterio a hidrógeno (D/H). Estas características indican que el agua lunar proviene del viento solar.

Al comparar estas muestras con las de la misión Chang'e-5 (recolectadas de una región de latitud media en el lado visible de la Luna) y las de las misiones Apollo (obtenidas de áreas de menor latitud), los hallazgos sugieren que el agua en la superficie lunar tiene una fuente global en el viento solar, y su distribución está controlada principalmente por la latitud y la madurez del regolito.

El estudio fue publicado en Nature Geoscience. El agua lunar cumple dos funciones críticas: ayuda a rastrear los procesos en la superficie lunar y representa un recurso potencial in situ para futuras misiones de exploración lunar.

Las primeras observaciones realizadas por el instrumento Moon Mineralogy Mapper (M³) a bordo de la misión Chandrayaan-1 de India utilizaron análisis espectral infrarrojo para mostrar que el hidroxilo se concentra principalmente en latitudes más altas. Misiones de NASA, como Deep Impact y Cassini, confirmaron características de absorción de agua en latitudes más bajas, aunque estas señales fueron más débiles que las de las latitudes más altas.

Sin embargo, análisis cuantitativos posteriores de datos globales de M³ produjeron conclusiones contradictorias sobre la distribución espacial del agua lunar. Los análisis que utilizaron métodos de corrección térmica empíricos sugirieron un fuerte vínculo con la latitud, con contenido de agua que varía desde decenas de partes por millón (ppm) en latitudes bajas hasta aproximadamente 750 ppm en los polos. Por otro lado, los análisis que dependieron de un modelo de corrección térmica basado en la difusión de calor no encontraron variaciones significativas en el contenido de agua en la superficie lunar.

Esta discrepancia se debe en gran medida a la falta de modelos precisos que consideren las incertidumbres en los efectos de emisión térmica dentro de los espectros de reflectancia. Por esta razón, el equipo enfatizó que el análisis directo en laboratorio de las muestras de suelo lunar devueltas sigue siendo la forma más confiable de determinar la verdadera abundancia y distribución del agua en la superficie lunar.

Mientras que las muestras de Apollo y Luna proporcionaron datos directos sobre el contenido y origen del agua lunar, todas estas muestras fueron recolectadas de regiones de baja latitud en el lado visible de la Luna. La información sobre el lado oculto de la Luna se limitó anteriormente a observaciones de teledetección, dejando vacíos en la comprensión de la distribución y origen global del agua lunar.

Las misiones lunares de China han abordado desde entonces esta brecha. En 2020, la misión Chang'e-5 devolvió aproximadamente 1,731 gramos de suelo lunar de un sitio de latitud media (43.06°N) en la cuenca del Océano Procellarum del Norte.

Más recientemente, la misión Chang'e-6—que marcó la primera vez que se devolvieron muestras del lado oculto de la Luna—trajo de vuelta alrededor de 1,935.3 gramos de regolito lunar de un sitio de latitud media (41.63°S) en la cuenca de Apolo, ubicada dentro de la cuenca South Pole–Aitken (SPA).

Juntas, estas muestras ofrecen una oportunidad única para evaluar el contenido y la distribución del agua en la superficie lunar a través de latitudes bajas a medias, permitiendo comparaciones directas entre el lado visible y el lado oculto de la Luna.

En este estudio, el equipo utilizó dos métodos analíticos para examinar las muestras de Chang'e-6. Emplearon mediciones espectrales para cuantificar el contenido total de OH/H₂O del suelo. Los resultados mostraron que el contenido total de OH/H₂O fue de 183 ± 34 ppm.

También utilizaron el perfilado de profundidad de NanoSIMS para medir las abundancias de hidrógeno y los ratios D/H a escala de grano. Se encontró que la mayoría de los bordes de los granos tenían altas concentraciones de hidrógeno (1,000–17,500 ppm) y valores de dD extremadamente bajos—hasta -983‰ (±11‰)—lo que indica un origen del viento solar. (Aquí, dD expresa la desviación del ratio D/H de una muestra respecto a un estándar de referencia, reportada en milésimas (‰).)

El contenido de agua en las superficies más externas de los granos de suelo de Chang'e-6 es comparable al de las muestras de Chang'e-5 (de latitudes medias del lado visible), pero casi el doble que el de las muestras de Apollo (de latitudes más bajas). Esto confirma que la latitud (que está estrechamente relacionada con la temperatura) es un control clave sobre la distribución del agua.

A pesar de perfiles de profundidad de contenido de agua similares, las muestras totales de Chang'e-6 mostraron características de absorción de OH/H₂O más fuertes y una mayor madurez del regolito que las muestras de Chang'e-5 utilizando espectros de reflectancia infrarroja. Esto identifica la madurez del regolito como un segundo factor crítico de control.

Basado en estos hallazgos, los investigadores predijeron que el agua en la superficie lunar es probablemente más abundante en regolitos altamente maduros en latitudes más altas. Esta información tiene importantes implicaciones para la planificación de futuros esfuerzos de utilización de recursos lunares.

La investigación se llevó a cabo en colaboración con el Instituto de Física Técnica de la CAS, el Instituto de Geoquímica de la CAS y la Academia de Sistemas y Innovación Aeroespacial de China.

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