La ciencia solar tiene un futuro brillante en la Luna

Hay muchas razones por las que la NASA está desarrollando la misión Artemisa para aterrizar astronautas en la Luna en el 2024: es una manera crucial de estudiar la Luna por sí misma y de pavimentar un camino seguro a Marte. Pero también es un gran lugar para aprender más sobre la defensa de la Tierra, que es solo parte del mayor sistema Sol-Tierra.

Los heliofísicos, científicos que estudian el Sol y su influencia sobre la Tierra, también enviarán sus propias misiones de la NASA como parte de la misión Artemisa. Su objetivo es progresar en la comprensión del complejo entorno espacial que rodea a nuestro planeta, mucho del cual es regido por nuestro Sol. A mayor entendimiento de ese sistema, más capacidad para proteger la tecnología espacial, las comunicaciones por radio y las redes de suministro eléctrico de la ira de nuestra estrella más cercana.

Aquí hay cinco razones por las cuales los heliofísicos tienen su mirada puesta sobre la Luna y las oportunidades lunares.

1. Es un satélite estable

La primera ventaja de la ciencia basada en la Luna tiene que ver con las fluctuaciones de los satélites artificiales, que concierne a científicos espaciales de todo tipo.

Los satélites artificiales son más inestables de lo que podrías imaginar. Están hechos de metales que se expanden y contraen conforme a los cambios de temperatura. Transportan telescopios que giran constantemente para permanecer apuntados a sus objetivos.

Disparan propulsores y giran ruedas de retracción para permanecer en órbita. Cada una de estas maniobras provoca sacudidas, lo que puede alterar mediciones que exigen precisión.

Pero la Luna, el único satélite natural de la Tierra, es una plataforma mucho más serena.

"La Luna es un lugar agradable y estable, no se sacude ni tiembla como una nave espacial", dijo David Sibeck, un heliofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Cualquiera que intente hacer mediciones de alta resolución estará encantado de no tener que preocuparse por las sacudidas.”

Un ambiente libre de vibraciones es un plus para todas las ciencias espaciales, pero hay beneficios añadidos para los heliofísicos que estudian la aurora. A un promedio de 238.855 millas de la Tierra, la Luna tiene una vista excepcional de la aurora terrestre cuando se desplaza hacia el ecuador durante las grandes tormentas geomagnéticas. Además, ya que el mismo lado de la Luna siempre mira a la Tierra, los telescopios no precisan de mucho ajuste. Colócalos sobre su superficie, y la Luna los mantendrá apuntando hacia ti.

2. Excelente visualización de eclipses, a demanda

Mucho antes de la era espacial, los científicos dependían de la Luna para que les ayudase a estudiar el Sol. Observadores pacientes aguardaban los eclipses solares totales, cuando la Luna bloquea la brillante superficie del Sol. Solo entonces podían ver su tenue atmósfera exterior, conocida como corona.

Pero la espera podía ser larga. Un eclipse solar total ocurre en algún lugar de la Tierra una vez cada 18 meses. Para cualquier lugar específico, es a razón de una vez cada cuatro siglos.

“Obtenemos resultados fantásticos de los eclipses”, expresó John Cooper, un heliofísico de Goddard. “Pero no contamos con ellos todos los días.”

Pero un telescopio de observación del Sol, en la órbita correcta alrededor de la Luna, podría generar eclipses “a demanda”. En lugar de esperar a que la Luna atraviese la línea de visión de tu telescopio, explica Cooper, tú mueves la línea de visión detrás de la Luna.

“Básicamente estás utilizando el filo de la cuchilla de la extremidad lunar contra el cielo oscuro, negro y profundo”, dijo Cooper. Dado que la Luna no tiene una atmósfera que distorsione la imagen, las mediciones serían incluso más nítidas que las realizadas desde la Tierra.

Desde su órbita cercana, tal telescopio no generaría eclipses solares totales, sino que estudiaría una parte del extremo del Sol a la vez. Pero Cooper estima que se pueden ver las extremidades oriental y occidental del Sol, una vez cada órbita, es decir, dos vistas de alta resolución todos los días.

3. Está fuera del campo magnético de la Tierra

La meteorología espacial es una parte de la heliofísica donde la ciencia pura tiene aplicación en tiempo real. Los científicos del clima espacial estudian el Sol, incluyendo su constante flujo de viento solar, y su impacto sobre la Tierra. Estos investigadores deben aplicar la física fundamental para mantener nuestros valiosos satélites de comunicaciones y GPS seguros. Sin embargo, determinar si un satélite está en peligro puede ser complicado.

La seguridad de un satélite depende, en parte, de si está dentro o fuera de la magnetopausa de la Tierra. La magnetopausa es una frontera incierta en movimiento, donde termina el escudo magnético de la Tierra y comienza todo el peso del clima espacial. En el interior, estás en gran medida seguro. En el exterior, no lo estás.

De momento, la única manera de saber dónde está ese límite es volar a través de él.

“A veces hay una sacudida en los datos, y puedes ver que el límite te cruzó”, explicó Sibeck. “A veces observas diez sacudidas”.

Pero existe otra forma de encontrar la magnetopausa si logras ir lo suficientemente lejos más allá del escudo magnético de la Tierra. Cuando el viento solar golpea la atmósfera de la Tierra justo fuera de la magnetopausa, emite rayos X. Un telescopio de rayos X apropiadamente colocado podría capturar esa luz y rastrear la ubicación de la magnetopausa.

Eso es por lo que Sibeck está en un equipo, liderado por el científico espacial Brian Walsh, de la Universidad de Boston, que va a colocar un telescopio de rayos X en la Luna.

“Nadie ha tomado estas imágenes globales, y la Luna tiene un buen punto de vista fuera del campo magnético de la Tierra”, dijo Sibeck.

El Generador de Imágenes de Rayos-X Heliosféricos del Entorno Lunar, o misión LEXI por sus siglas en inglés, será colocado en la superficie lunar para capturar en tiempo real imágenes globales de la magnetopausa. El 1 de julio de 2019, la NASA anunció que LEXI será una de las primeras cargas espaciales lunares en participar en la misión Artemisa. Esperan que esté sobre la superficie de la Luna para el 2022.

LEXI mide un poco más de una yarda de largo, pero la superficie lunar puede acomodar telescopios de rayos X mucho más grandes. Eso es una buena noticia, porque los rayos X son difíciles de enfocar; por lo que telescopios más grandes obtienen imágenes de mayor resolución. El requisito de ser grande ha sido un problema; algunos satélites simplemente no tienen el tamaño suficiente para llevarlos. “Pero en la Luna, los objetos pueden ser muy grandes,” dijo Sibeck.

4. Puedes desenterrar la historia del Sol

La respuesta a algunas interrogantes de la heliofísica yace enterrada en la Luna misma.

"La Luna es como una cápsula del tiempo", expresó Steve Clarke, Administrador Asociado Adjunto de Exploración de la NASA. “Debido a que se formó al mismo tiempo que la Tierra, contiene la historia del sistema solar en su superficie”.

Durante sus primeros mil millones de años, el Sol probablemente giró más rápido de lo que lo hace hoy día, disparando un mayor volumen de erupciones solares y electrificando el espacio en el que se formaron los planetas. Pero para estar seguros de cómo fueron estos primeros mil millones de años, necesitamos evidencia de lo ocurrido hace mucho, mucho tiempo.

La Luna, que no tiene atmósfera, ni agua líquida, ni placas tectónicas, proporciona ese registro histórico. Las erupciones solares de hace miles de millones de años dejaron rastros intactos en el polvo lunar.

Una publicación reciente explica cómo se examinó el polvo lunar para estudiar la cantidad de elementos volátiles, como sodio y potasio, con puntos de ebullición bajos, que permanecieron en las muestras lunares. Estos elementos volátiles son expulsados de la Luna cuando las partículas solares energéticas impactan la superficie lunar. Al observar cuánto de estos elementos se ha reducido con el tiempo, los científicos contemplaron los primeros mil millones de años de nuestro Sol en un contexto más amplio. Aunque solía girar más rápido de lo que lo hace hoy en día, en comparación con otros astros, sigue siendo un “rotador lento”, girando más lento que el 50% de las estrellas similares y creando erupciones con mucha menos frecuencia de la que podría.

“Pudo haber sido un entorno mucho más severo”, afirmó Prabal Saxena, autor principal del estudio y astrónomo en Goddard.

Todavía queda más historia antigua por aprender del polvo lunar. La Luna no tiene un campo magnético global, pero pudo haber tenido uno en el pasado. Muestras de los polos de la Luna, donde la próxima misión de Artemisa planea aterrizar, podrían revelar si un campo magnético histórico cambió el patrón de elementos volátiles dejados atrás.

5. Es un banco de pruebas para Marte

Para los futuros astronautas en la Luna y Marte, la meteorología espacial requerirá de una atención constante. El Sol ofrece mucho sobre lo que preocuparse, y viaja rápido.

En la Luna, la luz de rayos X proveniente de las erupciones solares llega a su superficie en ocho minutos. Las eyecciones de masa coronal, nubes gigantes de partículas calientes y cargadas, pueden llegar en un día. Las partículas energéticas solares, o SEPs por sus siglas en inglés, son más raras, pero incluso más rápidas y peligrosas.

“Los SEPs viajan a 10-20% de la velocidad de la luz, y nos alcanzan en menos de una hora”, explicó Karin Muglach, una física solar del Laboratorio de Meteorología Espacial de Goddard. “Son como balas”.

Debido a que la Luna está a solo un segundo de luz de distancia, los sistemas de alerta en la Tierra son lo suficientemente buenos para proteger a los astronautas en la Luna. “Pero si vas a Marte, la comunicación puede retrasarse significativamente”, dijo Muglach.

Probar estos sistemas de protección cercanos es una de las razones por las que la NASA va a ir a la Luna antes de ir a Marte.

A la Luna, y más allá

A medida que la NASA avanza hacia la Luna y hacia Marte, emergen nuevas oportunidades de aprender sobre la conexión Sol-Tierra. Pero no es solo ciencia básica. La influencia del Sol llena el espacio que nos rodea, el mismo espacio que los futuros astronautas tendrán que navegar y entender.

"No todas las ciencias llegan a tener este aspecto realmente práctico", dijo Jim Spann, científico de meteorología espacial líder en la sede de la NASA en Washington, D.C. "Creo que eso es bastante genial”.

Escrito por Miles Hatfield, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Versión en inglés.