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El misterio de la ionósfera lunar

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Noviembre 26, 2011: ¿Cómo es posible que un mundo sin aire tenga una ionósfera? De algún modo la Luna se las arregló para tenerla.

Los investigadores de la Luna han estado batallando con este misterio durante años y es posible que finalmente hayan encontrado una solución.

Pero primero, ¿Qué es una ionósfera?

Cada planeta terrestre con una atmósfera posee una ionósfera. En lo alto, más allá de la superficie rocosa del planeta, donde la atmósfera se encuentra con el vacío del espacio, los rayos ultravioleta (UV) del Sol rompen y separan los átomos del aire. Esto crea una capa de gas ionizado, una "ionósfera".

Aquí en la Tierra, la ionósfera tiene un alto impacto sobre las comunicaciones y la navegación. Por ejemplo, refleja las ondas de radio, permitiendo de este modo que los operadores de radio de onda corta hagan rebotar las transmisiones sobre el horizonte para lograr comunicaciones a largas distancias. La ionósfera también desvía y dispersa las señales de los satélites del GPS (Global Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global, en idioma español), algunas veces causando que el detector del GPS se equivoque en la posición que indica.

Lunar Ionosphere (splash, 558px)
Haga clic para ver un video ScienceCast sobre la intrigante ionósfera de la Luna. [Video]

La primera evidencia convincente de una ionósfera que envuelve la Luna proviene de la década de 1970, de las sondas soviéticas Luna 19 y 22. Sobrevolando la Luna a baja altura, los sensores de estos orbitadores detectaron una capa de material cargado que se extendía unas pocas decenas de kilómetros sobre la superficie lunar y que contenía alrededor de 1.000 electrones por centímetro cúbico (mil veces más de lo que cualquier teoría podía explicar). Los radioastrónomos también encontraron pistas de la ionósfera lunar, cuando la luz de fuentes de radio distantes pasó a través del limbo de la Luna.

La idea de una "Luna sin aire" que tiene una ionósfera no tiene mucho sentido, pero la evidencia se acumula.

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En realidad, la Luna no está tan sin aire como mucha gente piensa. Pequeñas cantidades de gas creadas por la descomposición radioactiva se escapan del interior lunar; los meteoroides y el viento solar también arrancan átomos de la superficie de la Luna. El gas extraído resultante es muy delgado, tanto que muchos investigadores se niegan a llamarlo atmósfera y prefieren el término "exósfera". La densidad de la exósfera lunar es aproximadamente cien mil billones de veces menor que la del aire en la Tierra; esto no es suficiente evidencia para una ionósfera tan densa como la que la Luna parece tener.

Durante 40 años, la ionósfera de la Luna permaneció como un misterio hasta que Tim Stubbs, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center, en idioma inglés), publicó una posible solución a principios de este año. La respuesta, de acuerdo con lo que él propone, es el polvo lunar.

Stubbs, un científico de alrededor de 30 años, que ni siquiera había nacido cuando se descubrió la ionósfera de la Luna, leyó el informe de los astronautas de la nave Apollo 15, quienes afirmaron haber visto un extraño brillo sobre el horizonte de la Luna. Muchos investigadores creen que lo que los astronautas estaban viendo era polvo lunar. La Luna es un lugar extremadamente polvoriento, rodeado naturalmente por un enjambre de granos de polvo (pensemos en PigPen, de Charlie Brown). Cuando estos granos flotantes son iluminados por el Sol al amanecer o al atardecer, crean un brillo a lo largo del horizonte.

Lunar Ionosphere (charged dust, 200px)
Los granos de polvo que flotan sobre la superficie lunar son ionizados por la radiación UV del Sol. [Imágenes ampliadas: #1, #2]

Stubbs y sus colegas se dieron cuenta de que el polvo que flota puede ser la respuesta. Los rayos UV del Sol golpean los granos y los ionizan. De acuerdo con sus cálculos, este proceso produce la suficiente carga (granos positivos rodeados por electrones negativos) como para crear la ionósfera observada.

Una ionósfera hecha de polvo en lugar de gas es algo nuevo para la ciencia planetaria. Nadie sabe cómo se comportará a diferentes horas de la noche o del día, o en las diferentes fases del ciclo solar, o cómo podría afectar a las futuras comunicaciones por radio y a la navegación en la Luna. La sonda ARTEMIS (Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon's Interaction with the Sun o Aceleración, Reconexión, Turbulencia y Electrodinámica de la Interacción de la Luna con el Sol, en idioma español), de la NASA, que ahora se encuentra orbitando la Luna, y la nave espacial LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer o Explorador de la Atmósfera y el Ambiente de Polvo Lunar, en idioma español), cuyo lanzamiento está programado para el año 2013 con el propósito específico de estudiar la exósfera lunar, podrían entonces revelar su hábitos.

Más noticias al respecto se esperan en menos de 40 años.

La investigación original a la que se hace referencia en esta historia fue publicada en la edición del mes de octubre de 2011 de Planetary and Space Science (Ciencia Planetaria y Espacial): Stubbs, T.J., D.A. Glenar, W.M. Farrell, R.R. Vondrak, M.R. Collier, J.S. Halekas y D.T. Delory (2011), "On the role of dust in the lunar ionosphere" ("Sobre el rol del polvo en la ionósfera lunar"), Planetary and Space Science, 59, 1659-1664, doi* 10.1016/j.pss.2011.05.011.

Créditos y Contactos
Autor: Dr. Tony Phillips
Funcionaria Responsable de NASA: Ruth Netting
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Traducción al Español: Juana Leticia Rivera
Editora en Español: Angela Atadía de Borghetti
Formato: Juana Leticia Rivera y Juan C. Toledo

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*doi (identificador de objetos en Internet)