Los científicos han planteado la hipótesis desde la década de 1960 de que el Sol es una fuente de ingredientes que forman agua en la Luna. Cuando una corriente de partículas cargadas conocida como viento solar se estrella contra la superficie lunar, la idea es que desencadena una reacción química que podría producir moléculas de agua.
Ahora, en la simulación de laboratorio más realista de este proceso hasta el momento, los investigadores dirigidos por la NASA han confirmado esta predicción.
El hallazgo, escribieron los investigadores en un artículo del 17 de marzo en JGR Planets, tiene implicaciones para las operaciones de los astronautas Artemis de la NASA en el Polo Sur de la Luna. Se cree que gran parte del agua de la Luna es un recurso crítico para la exploración, que está congelada en regiones permanentemente sombreadas en los polos.
"Lo emocionante aquí es que con solo suelo lunar y un ingrediente básico del Sol, que siempre está escupiendo hidrógeno, existe la posibilidad de crear agua", dijo Li Hsia Yeo, científico investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Es increíble pensar en eso", dijo Yeo, quien dirigió el estudio.
El viento solar fluye constantemente desde el Sol. Está hecho en gran parte de protones, que son núcleos de átomos de hidrógeno que han perdido sus electrones. Viajando a más de un millón de millas por hora, el viento solar baña todo el sistema solar. Vemos evidencia de ello en la Tierra cuando ilumina nuestro cielo en espectáculos de luces aurorales.
La mayoría de las partículas solares no llegan a la superficie de la Tierra porque nuestro planeta tiene un escudo magnético y una atmósfera para desviarlas. Pero la Luna no tiene esa protección. Como han demostrado los modelos informáticos y los experimentos de laboratorio, cuando los protones se estrellan contra la superficie de la Luna, que está hecha de un material polvoriento y rocoso llamado regolito, chocan con los electrones y se recombinan para formar átomos de hidrógeno.
Luego, los átomos de hidrógeno pueden migrar a través de la superficie lunar y unirse con los abundantes átomos de oxígeno ya presentes en minerales como la sílice para formar moléculas de hidroxilo (OH), un componente del agua, y el agua (H2O) moléculas mismas.
Los científicos han encontrado evidencia de moléculas de hidroxilo y agua en la superficie superior de la Luna, a solo unos milímetros de profundidad. Estas moléculas dejan tras de sí una especie de huella dactilar química: una caída notable en una línea ondulada en un gráfico que muestra cómo la luz interactúa con el regolito. Sin embargo, con las herramientas actuales disponibles, es difícil diferenciar entre hidroxilo y agua, por lo que los científicos usan el término "agua" para referirse a una molécula o a una mezcla de ambas.
Muchos investigadores creen que el viento solar es la razón principal por la que las moléculas están allí, aunque otras fuentes como los impactos de micrometeoritos también podrían ayudar creando calor y desencadenando reacciones químicas.
Las mediciones de las naves espaciales ya habían insinuado que el viento solar es el principal impulsor del agua, o sus componentes, en la superficie lunar. Una pista clave, confirmada por el experimento del equipo de Yeo: la señal espectral relacionada con el agua de la Luna cambia a lo largo del día.
En algunas regiones, es más fuerte en las mañanas más frías y se desvanece a medida que la superficie se calienta, probablemente porque las moléculas de agua e hidrógeno se mueven o escapan al espacio. A medida que la superficie se enfría de nuevo por la noche, la señal vuelve a alcanzar su punto máximo. Este ciclo diario apunta a una fuente activa, probablemente el viento solar, que repone pequeñas cantidades de agua en la Luna cada día.
Para probar si esto es cierto, Yeo y su colega, Jason McLain, científico investigador de la NASA Goddard, construyeron un aparato personalizado para examinar las muestras lunares del Apolo. Por primera vez, el aparato contenía todos los componentes del experimento en su interior: un dispositivo de haz de partículas solares, una cámara sin aire que simulaba el entorno de la Luna y un detector de moléculas. Su invento permitió a los investigadores evitar sacar la muestra de la cámara, como hicieron otros experimentos, y exponerla a la contaminación del agua en el aire.
"Tomó mucho tiempo y muchas iteraciones diseñar los componentes del aparato y hacer que todos encajaran dentro", dijo McLain, "pero valió la pena, porque una vez que eliminamos todas las posibles fuentes de contaminación, aprendimos que esta idea de décadas de antigüedad sobre el viento solar resulta ser cierta".
Usando polvo de dos muestras diferentes recogidas en la Luna por los astronautas del Apolo 17 de la NASA en 1972, Yeo y sus colegas primero hornearon las muestras para eliminar cualquier posible agua que pudieran haber recogido entre el almacenamiento hermético en las instalaciones de curación de muestras espaciales de la NASA en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston y el laboratorio de Goddard. Luego, utilizaron un pequeño acelerador de partículas para bombardear el polvo con viento solar simulado durante varios días, el equivalente a 80.000 años en la Luna, según la alta dosis de las partículas utilizadas.
Utilizaron un detector llamado espectrómetro para medir la cantidad de luz que reflejaban las moléculas de polvo, lo que mostró cómo la composición química de las muestras cambiaba con el tiempo.
Al final, el equipo vio una caída en la señal de luz que rebotó a su detector precisamente en el punto de la región infrarroja del espectro electromagnético, cerca de 3 micras, donde el agua normalmente absorbe energía, dejando una firma reveladora.
Si bien no pueden decir de manera concluyente si su experimento hizo moléculas de agua, los investigadores informaron en su estudio que la forma y el ancho de la caída en la línea ondulada en su gráfico sugieren que tanto el hidroxilo como el agua se produjeron en las muestras lunares.
