Ilustración de moléculas de agua en el cráter Clavius de la Luna e imagen del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA (SOFIA), un avión Boeing 747 con un potente telescopio incorporado. / NASA

El Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA (SOFIA, por sus siglas en inglés) ha confirmado, por primera vez, la presencia de agua en la parte de la superficie de la Luna iluminada por el sol. Este descubrimiento indica que el agua puede estar distribuida por la superficie lunar y que no se limita a lugares fríos y sombríos.

El observatorio SOFIA de la NASA, un avión con un potente telescopio incorporado, ha detectado moléculas de agua en el soleado cráter Clavius, uno de los más grandes y visibles desde la Tierra, ubicado en el hemisferio sur de la Luna

SOFIA ha detectado moléculas de agua (H2O) en el cráter Clavius, uno de los más grandes visibles desde la Tierra, ubicado en el hemisferio sur de la Luna. Observaciones anteriores de la superficie lunar detectaron alguna forma de hidrógeno, pero no pudieron distinguir entre el agua y su pariente químico cercano, el hidroxilo (OH). Mediciones de esta ubicación revelan ahora la presencia de agua en concentraciones de 100 a 412 partes por millón, aproximadamente equivalente a una botella de agua de 350 ml atrapada en un metro cúbico de suelo esparcido por la superficie de nuestro satélite. Los resultados se publican en el último número de revista Nature Astronomy.

“Teníamos indicios de que H2O, la forma familiar del agua que conocemos, podría estar presente en el lado de la Luna iluminado por el Sol”, explica Paul Hertz, director de la División de Astrofísica en la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. “Ahora sabemos que está ahí. Este descubrimiento desafía nuestra comprensión de la superficie lunar y plantea preguntas intrigantes sobre recursos relevantes para la exploración del espacio profundo».

Como comparación, el desierto del Sahara tiene 100 veces la cantidad de agua que SOFIA detectó en el suelo lunar. Pese a que se trata de una cantidad pequeña, el descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre cómo se crea y persiste el agua en la dura superficie lunar sin aire.

Esta agua lunar tiene relevancia científica pero sus cantidades, aunque significativas (de 100 a 412 partes por millón), son pequeñas: el desierto del Sahara tiene 100 veces más

El agua es un recurso de gran valor en el espacio profundo y un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos. Queda por determinar si la que SOFIA encontró sería fácilmente accesible para su uso como recurso. Dentro del programa Artemis de la NASA, la agencia está deseosa de aprender todo lo que pueda sobre la presencia de agua en la Luna antes de enviar a la primera mujer y al siguiente hombre a su superficie en 2024 y establecer allí una presencia humana sostenida para finales de la década.

Los resultados de SOFIA se basan en años de investigaciones previas que examinan la presencia de agua en la Luna. Cuando los astronautas del Apolo regresaron por primera vez de la Luna en 1969, se creía que nuestro satélite natural estaba completamente seco. Misiones orbitales y de impacto durante los últimos 20 años, como el satélite de observación y detección de cráteres lunares de la NASA, confirmaron la presencia de hielo en cráteres permanentemente a la sombra ubicados alrededor de los polos de la Luna.

Agua (H₂0) y no hidroxilo (OH)

Mientras tanto, varias naves espaciales, incluida la misión Cassini y la misión Deep Impact a un cometa, así como la misión Chandrayaan-1 de la Agencia India de Investigación Espacial, y la Instalación del Telescopio Infrarrojo en tierra de la NASA, examinaron la superficie lunar y encontraron evidencia de hidratación en lugares más soleados. Sin embargo, esas misiones no pudieron distinguir definitivamente la forma en que estaba presente: H₂O u OH.

“Antes de las observaciones de SOFIA, sabíamos que había algún tipo de hidratación”, comenta Casey Honniball, la autora principal, quien publicó los resultados iniciales de este trabajo en su tesis presentada en la Universidad de Hawái (EE UU). «Pero no sabíamos cuánta de esta hidratación era en realidad moléculas de agua, como la que bebemos todos los días, o algo más parecido a un limpiador de desagües».

SOFIA ha proporcionado una nueva manera de observar la Luna. Volando a altitudes de hasta 13,7 kilómetros, este avión de pasajeros Boeing 747 SP modificado con un telescopio de 2,7 metros de diámetro vuela por encima de más del 99 % del vapor de agua de la atmósfera de la Tierra para obtener una vista más clara del universo infrarrojo.

Usando su Cámara infrarroja de Objeto Tenue para el Telescopio (FORCAST, por sus siglas en inglés), este observatorio pudo captar la longitud de onda específica única de las moléculas de agua, a 6,1 micras, y descubrió una concentración de estas moléculas relativamente sorprendente en el soleado cráter Clavius.

«Sin la protección de una densa atmósfera, el agua en la zona de la superficie lunar iluminada por el Sol debería perderse en el espacio», señala Honniball, que ahora es becaria postdoctoral en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “Sin embargo, de alguna manera lo estamos viendo. Algo está generando el agua y algo debe estar atrapándolo allí «.

Posibles fuentes del agua

Varios elementos podrían contribuir al suministro o creación de esta agua. Los micrometeoritos que caen sobre la superficie lunar transportando pequeñas cantidades de agua podrían depositarla en el suelo lunar tras el impacto.

Otra posibilidad es que podría haber un proceso de dos etapas mediante el cual el viento solar aporta hidrógeno a la superficie lunar y provoca una reacción química con minerales en el suelo que contienen oxígeno, creando hidroxilo. Mientras tanto, la radiación proveniente del bombardeo de micrometeoritos podría transformar ese hidroxilo en agua.

La manera en que el agua se almacena y acumula también plantea algunas preguntas intrigantes. El agua podría quedar atrapada en pequeñas estructuras en el suelo, en forma de cuentas de collar, formadas a partir del alto calor generado por los impactos de los micrometeoritos. Otra posibilidad es que pueda estar escondida entre los granos de suelo lunar y protegida de la luz solar, lo que la haría un poco más accesible que si estuviera atrapada en estructuras en forma de cuentas.

El agua descubierta en la Luna es un recurso valioso, tanto para fines científicos como para su posible uso en las futuras misiones tripuladas a nuestra satélite

Para una misión en principio diseñada para observar objetos distantes y tenues como agujeros negros, cúmulos de estrellas y galaxias, focalizar SOFIA hacia el vecino más cercano y brillante de la Tierra supuso un cambio significativo.

Los operadores del telescopio suelen utilizar una cámara guía para rastrear estrellas, manteniendo el telescopio fijo en su objetivo de observación. Pero la Luna está tan cerca y es tan brillante que llena todo el campo de visión de esta cámara. Sin estrellas visibles, no estaba claro si el telescopio podría rastrear la Luna de manera fiable. Para determinar esto, en agosto de 2018, los operadores decidieron hacer una observación de prueba.

«Fue la primera vez que SOFIA miraba la Luna y ni siquiera estábamos completamente seguros de si obtendríamos datos fiables, pero las preguntas sobre el agua de la Luna nos hicieron intentarlo», recuerda Naseem Rangwala, científico del proyecto SOFIA en el centro de investigación Ames de la NASA. «Es increíble que este descubrimiento surgiera de lo que esencialmente era una prueba, y ya estamos planeando más observaciones».

Los vuelos de seguimiento de SOFIA buscarán agua en lugares adicionales iluminados por el Sol y durante diferentes fases lunares para aprender más sobre cómo se produce, almacena y transporta esta sustancia por la Luna.

Los datos se sumarán al trabajo de futuras misiones a la Luna, como el vehículo explorador polar de exploración de volátiles (VIPER, por sus siglas en inglés) de la NASA, para crear los primeros mapas de recursos hídricos de nuestro satélite destinados a  la futura exploración espacial humana.

Agua atrapada en frías microtrampas

En el mismo número de Nature Astronomy, los científicos han publicado otro artículo utilizando modelos teóricos y datos del Orbitador de Reconocimiento Lunar, señalando que el agua podría quedar atrapada en pequeñas sombras o frías microtrampas, donde las temperaturas se mantienen por debajo del punto de congelación, en una mayor área de la Luna de lo que se cree actualmente.

«El agua es un recurso valioso, tanto para fines científicos como para el uso de nuestros exploradores espaciales», destaca Jacob Bleacher, científico jefe de exploración de la Dirección de Misión de Operaciones y Exploración Humana de la NASA. «Si podemos utilizar los recursos de la Luna, entonces podemos transportar menos agua y más equipos para ayudar a permitir nuevos descubrimientos científicos».

SOFIA es un proyecto conjunto de la NASA y el centro aeroespacial alemán. El centro Ames gestiona el programa SOFIA, la investigación científica y las operaciones de la misión, en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (EE UU) y el instituto SOFIA alemán de la Universidad de Stuttgart. La aeronave es mantenida y operada desde el Centro de  Investigaciones de Vuelo Armstrong de la NASA en California.

Referencias: 

C. I. Honniball et al.: “Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA”. P. O. Hayne et al.: “Micro cold traps on the Moon”. Nature Astronomy, 2020.