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¿El aumento del tráfico hacia la Luna contaminará su precioso hielo?

An artist's concept of NASA’s Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, or VIPER, drilling on the moon's surface

El rover VIPER de la NASA estará equipado con un taladro de un metro de largo para extraer hielo debajo de la superficie de la Luna.Crédito: Daniel Rutter / NASA Ames

 

Con su misión de devolución de muestras lunares el mes pasado, China inició un nuevo aumento de visitantes a la Luna. Al menos ocho naves espaciales de naciones como Rusia, India, China, Japón y Estados Unidos aterrizarán en la superficie lunar en los próximos tres años.

Por primera vez en la historia, varias de las próximas misiones explorarán algunas de las áreas científicamente más intrigantes pero sensibles de la Luna: las de sus polos. Los investigadores están entusiasmados con el estudio del agua que se encuentra congelada en cráteres sombreados en estas regiones. Pero también les preocupa que el aumento del tráfico a la Luna pueda contaminar el mismo hielo que quieren estudiar.

El hielo es importante para los científicos por varias razones. Algunos quieren analizar muestras prístinas para descubrir pistas sobre cómo y cuándo la Tierra y la Luna acumularon agua hace miles de millones de años. Otros quieren extraer el hielo como combustible para cohetes en futuras bases lunares.

Los exploradores ahora se enfrentan a una elección complicada. ¿Empiezan a cavar de inmediato, para resolver los procesos mediante los cuales extraerán el hielo y lo convertirán en combustible? ¿O proceden lentamente, para preservar cuidadosamente el registro científico codificado en el hielo? "En este momento, tenemos algunos científicos que dicen que no podemos acercarnos a él porque lo vamos a arruinar", dice Clive Neal, geocientífico de la Universidad de Notre Dame en Indiana. "Y otros dicen que lo necesitamos, así que lo haremos".

Estas tensiones deben resolverse pronto, especialmente porque la NASA planea enviar una serie de misiones al polo sur de la Luna, comenzando con módulos de aterrizaje robóticos en 2022 y culminando unos años más tarde con los astronautas que pisan la Luna por primera vez desde 1972.

La semana pasada, un informe de las influyentes Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de EE. UU. (NASEM) argumentó que las agencias espaciales deben priorizar qué conocimiento científico quieren tener de los polos lunares para explorarlos de manera efectiva. El Comité internacional de Investigación Espacial (COSPAR), que describe las mejores prácticas para la exploración espacial, también está evaluando la situación y decidirá en los próximos meses si emitirá nuevas orientaciones para las naves espaciales que van a la Luna. La NASA está esperando la decisión de COSPAR y luego probablemente actualizará sus propias regulaciones sobre cómo visitar la Luna de manera responsable.

A medida que aumenta la exploración de la Luna, "tenemos la obligación de no dañar las investigaciones científicas futuras", dice Lisa Pratt, oficial de protección planetaria de la NASA que tiene su base en la sede de la agencia en Washington DC. La pregunta es, "¿cómo lo hacemos bien?".

 

 

Curso de colisión

Ninguna nave espacial ha explorado nunca directamente los polos lunares y el hielo que espera allí. La única misión que se acercó fue el módulo de aterrizaje Vikram de India, que se estrelló a unos 600 kilómetros del polo sur lunar en 2019 en lugar de aterrizar y estudiar la superficie. China está planeando una misión Chang'e-6 que podría visitar el polo sur de la Luna, posiblemente recogiendo hielo y rocas y devolviéndolos a la Tierra ya en 2023. Sería el sucesor de Chang'e-5, que recolectó rocas de las latitudes medias de la Luna en diciembre pasado. Japón e India también han estado planificando una misión robótica al polo sur lunar, al igual que Rusia y Europa.

Y luego está la NASA. Bajo el presidente de los Estados Unidos, Donald Trump, la agencia ha estado preparando una serie de misiones a la Luna que se centran en los polos. Según los planes actuales, la NASA enviaría dos módulos de aterrizaje robóticos al polo sur en 2022, seguidos de un rover robótico más grande, llamado VIPER, en 2023. Hundiría su taladro de un metro de largo en la tierra lunar para extraer hielo. Ya al ​​año siguiente, los humanos llegarían y comenzarían a explorar cráteres helados. Uno de sus objetivos podría ser recolectar hielo y transportarlo, aún congelado, de regreso a laboratorios en la Tierra para su estudio, según un informe de la NASA publicado el mes pasado.

La posibilidad de que los exploradores contaminen el hielo lunar es un problema que nadie anticipó hace cinco décadas, cuando los astronautas del Apolo se convirtieron en los primeros humanos en caminar sobre la superficie de la Luna. En ese momento, los investigadores pensaron que la Luna estaba completamente seca. Solo en la última década se dieron cuenta de que hay agua en muchos lugares, incluso congelada en cráteres polares oscuros1. Los científicos incluso han encontrado agua en al menos un lugar iluminado por el Sol en la Luna, contenida en minerales en la tierra por lo demás seca2.

Toda esta agua pudo haber llegado a la Luna por medio de asteroides o cometas ricos en agua, o por el viento solar que bombardeó su superficie. Parte de ella podría haber venido del interior de la Luna, arrojada en erupciones volcánicas desde un interior rico en agua. Independientemente de su fuente, el agua de la Luna contiene información científica crucial.

 

Lunar ice caches: Maps of the Moon's north and south poles showing locations where ice could most easily be mined.

Fuente: Kevin Cannon

 

El hielo dentro de los cráteres privados de luz solar en los polos de la Luna podría haberse acumulado durante miles de millones de años. Si es así, contiene no solo un registro de la historia temprana de la Luna, sino también de la de la Tierra. La Luna probablemente se formó cuando un objeto gigante se estrelló contra la Tierra recién formada hace unos 4.500 millones de años, levantando escombros que se fusionaron en la Luna y unieron íntimamente sus historias. En la Tierra, la actividad geológica, incluida la tectónica de placas, ha borrado gran parte del registro de la historia temprana del planeta. Pero la Luna no tiene tal actividad, un tema de estudio perfecto.

“La historia del agua de la Luna proporciona muchas pistas sobre cómo ha evolucionado el Sistema Solar a lo largo del tiempo”, dice Ariel Deutsch, científico planetario del Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California.

 

Estación de contaminación


Debido a la importancia del hielo de la Luna, muchos investigadores son cautelosos sobre cómo explorarlo. En particular, algunos han estado examinando los posibles efectos contaminantes del escape de los cohetes en los yacimientos congelados.

Parvathy Prem, científico planetario del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland, y sus colegas simularon recientemente como un módulo de aterrizaje de tamaño mediano llega a la Luna a 70º sur, a unos cientos de kilómetros de los cráteres llenos de hielo del polo sur.  La simulación mostró que aunque un cohete no liberaría mucha agua, el agua que libera se esparciría por toda la Luna y permanecería allí durante algún tiempo3. Incluso después de 2 días lunares (2 meses en la Tierra), entre el 30% y el 40% del agua del cohete seguiría estando presente, principalmente congelada en el lado nocturno de la Luna. “La conclusión principal fue que el vapor de agua realmente va a todas partes”, dice Prem. Entonces, el hielo polar de la Luna ya ha sido contaminado por exploradores anteriores.

COSPAR, el grupo internacional, ha estado preguntando a cientos de científicos planetarios cuánto les preocupa que la exploración lunar interfiera potencialmente con la ciencia en los polos. Más del 70% de los que respondieron a una encuesta en 2020 dijeron que les preocupaba que la contaminación pudiera comprometer el registro científico que se encuentra dentro del hielo de la Luna, dice Gerhard Kminek, oficial de protección planetaria de la Agencia Espacial Europea en Noordwijk, Países Bajos, y vicepresidenta del comité de protección planetaria de COSPAR.

En un libro blanco presentado a la NASA, 19 científicos, incluidos Prem y Deutsch, proponen lo que ellos llaman una misión de "primeros orígenes" a un cráter sombreado en uno de los polos de la Luna. El objetivo sería recolectar muestras de hielo razonablemente prístinas antes de que aumente el tráfico hacia la Luna, para ayudar a los científicos a determinar exactamente cómo se acumuló el hielo allí con el tiempo. Tal misión les diría exactamente cuán valioso es el registro científico del hielo y si las actividades mineras deben posponerse, dice Esther Beltran, científica espacial de la Universidad de Florida Central en Orlando y coautora del artículo.

Actualmente, la NASA no tiene fondos asignados para una misión de "primeros orígenes" y continúa planeando enviar múltiples naves espaciales a las regiones polares lunares. Pero la agencia está escuchando a los científicos que están preocupados por hacerlo bien y tienen la intención de actuar con cuidado, dice Pratt, el oficial de protección planetaria de la agencia. "Necesitamos equilibrar el impulso para la utilización de recursos con la necesidad de descubrimiento y conocimiento científico", comenta ella.

Mientras tanto, si COSPAR adopta nuevas pautas para la exploración lunar, la NASA y las agencias espaciales de otras naciones probablemente también lo harán. Las directrices actuales de COSPAR piden a las naciones que mantengan una lista de todos los materiales orgánicos, como compuestos de carbono, pinturas y adhesivos, a bordo de las misiones que se dirigen a la Luna. Tener ese tipo de lista ayuda a aliviar las preocupaciones sobre la contaminación, dice Kminek, ya que les informa a los científicos exactamente de qué tipo de material creado por el hombre ha ingresado al medio ambiente de la Luna. Un posible cambio podría ser que las misiones futuras también mantengan una lista de los gases que potencialmente emitirían desde sus cohetes o sistemas de soporte vital. Los actores relevantes, incluida la agencia espacial china y compañías comerciales como SpaceX y Blue Origin, han estado en la mesa con COSPAR para discutir estos posibles cambios, dice Kminek.

 

Decisiones, decisiones


Sin embargo, a medida que continúan estas discusiones, algunos científicos no están demasiado preocupados por los problemas de contaminación. Neal y otros señalan que el vapor de agua de los gases de escape de los cohetes se deposita solo como una capa delgada en la parte más alta de la superficie de la Luna, por lo que no sería necesario mucho trabajo excavar debajo de ella para alcanzar el hielo intacto. El informe NASEM de la semana pasada también señala que el riesgo de contaminar el hielo enterrado es bajo. Y Kevin Cannon, un científico planetario de la Escuela de Minas de Colorado en Golden, cree que las pequeñas cantidades de contaminación introducidas al explorar el hielo de la Luna son superadas por los avances científicos para averiguar dónde y cómo se distribuye todo el hielo. Ha estado cartografiando dónde podrían estar los depósitos de hielo más grandes y accesibles4 (ver "depósitos de hielo lunares").

Otros han propuesto varias ideas para proteger el hielo lunar. Una propuesta es preservar uno de los polos de la Luna para la ciencia y abrir el otro para la minería y la exploración. Otro es definir una zona de exclusión para algunos de los cráteres llenos de hielo. Hay muchos cráteres de este tipo, desde pequeños pozos más pequeños que una mano humana5 hasta otros de 10 kilómetros de diámetro, y no todos necesitan ser explorados, dicen los científicos.

"Una cosa que tenemos que hacer es asegurarnos de ser previsores", dice Prem. "¿Quién sabe qué tipo de investigación científica querrán hacer las generaciones futuras?"

 

Publicado en Nature el 5 de enero de 2021 por Alexandra Witze. 

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03262-9

Referencias:

  1. Li, S. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 115, 8907–8912 (2018).
  2. Honniball, C. I. et al. Nature Astron. https://doi.org/10.1038/s41550-020-01222-x (2020).

  3. Prem, P., Hurley, D. M., Goldstein, D. B. & Varghese, P. L. J. Geophys. Res. Planets 125, e2020JE006464 (2020).

  4. Cannon, K. M. & Britt, D. T. Earth and Space Science 7, e2020EA001291 (2020).

  5. Hayne, P. O., Aharonson, O. & Schörghofer, N. Nature Astron. https://doi.org/10.1038/s41550-020-1198-9 (2020).