La Tierra está enviando Oxígeno a la Luna

Entre 1969 y 1972, 12 astronautas dejaron huellas en la Luna. Pero según nuevas investigaciones, nuestro planeta ha estado enviando otro signo de vida a la superficie lunar desde hace miles de millones de años: el oxígeno. Y aunque un estimado de 4 billones de trillones de trillones de átomos de oxígeno se han incrustado en el suelo lunar en los últimos 2.400 millones de años, esto no hará más fácil  establecerse en la Luna.

Huellas dejadas en la superficie Lunar por el astronauta Alan Bean de Apolo 12 al colocar la cámara de filmación. Crédito: NASA.
Un poco de aire de la Tierra se filtra al espacio cada día. (No se preocupe, es sólo alrededor de 90 toneladas métricas de un total de alrededor de 5 mil millones de toneladas métricas.) Algunos átomos y moléculas cerca de la parte superior de nuestra atmósfera simplemente se mueven tan rápido que superan el tirón gravitacional de la Tierra. Las partículas cargadas pueden ser aceleradas a una velocidad aún mayor por el campo magnético de nuestro planeta. Una vez que estos emigrados escapan de nuestro mundo, permanecen dentro de una región en forma de lágrima que rodea a la Tierra llamada la magnetosfera (cuyo extremo redondeado está apuntando hacia el Sol) y son finalmente expulsados ​​por el Sol, debido al Viento Solar  hacia el espacio interplanetario.

Representación artística que muestra la magnetosfera de la Tierra bombardeando la Luna con iones de oxígeno cuando la Luna en su órbita pasa a través de la magneto-cola. Crédito: Universidad de Osaka / NASA
Durante la mayor parte de cada mes, la Luna es bombardeada con partículas de alta velocidad, átomos altamente cargados arrojados por el Sol y llevados por el Viento Solar. Pero durante 5 días cada mes, la magnetosfera de la Tierra pasa por encima de la Luna, protegiéndola de las partículas solares y permitiendo a las  partículas de velocidad más lentas de la Tierra tomar su lugar, dice Kentaro Terada, un Cosmoquímico de la Universidad de Osaka en Toyonaka, Japón. Las sondas en órbita lunar experimentan las mismas condiciones, señala.
En el 2008, los sensores a bordo de la sonda japonesa Kaguya en órbita lunar detectaron un cambio dramático en los tipos de iones de oxígeno que golpeaban la nave durante una estrecha ventana cada mes. Esos iones se movían a velocidades más lentas que las típicamente llevadas por el Viento Solar y presentaban sólo una carga positiva (los iones de oxígeno provenientes del Sol están más ionizados siendo mayor su carga positiva). También estas partículas fueron detectadas durante un intervalo de tiempo que coincidió precisamente con el período de 5 días cuando la magnetosfera de la Tierra bloqueó al Viento Solar. Todos estos factores sugieren que los iones de oxígeno se originaron en la Tierra , informaron  Terada y sus colegas en la revista Nature Astronomy . Durante cada ráfaga de oxígeno, un estimado de 26,000 iones por segundo pasó a través de cada centímetro cuadrado de sensor, dicen los investigadores.
El equipo sugiere que los iones de oxígeno terrenales probablemente se originaron en la capa de ozono de nuestra atmósfera, donde ciertas longitudes de onda de la luz del Sol separan el ozono en moléculas regulares de oxígeno y átomos individuales. Más tarde, esos átomos individuales se filtraron hacia arriba a capas superiores de la atmósfera y luego  escaparon al espacio.
El origen de esos átomos en la capa de ozono también podría ayudar a explicar un antiguo misterio sobre algunos granos de tierra lunar traídos por los astronautas de Apolo. Algunos de esos granos tienen proporciones superiores a la normalde los isótopos pesados del Oxígeno: Oxígeno-17 y Oxígeno-18 (en comparación con la forma predominante del universo de este elemento, el Oxígeno-16). En particular, Terada y sus colegas dicen que estudios previos han demostrado que las proporciones globales de isótopos de oxígeno en la capa de ozono también están sesgadas hacia concentraciones por encima del promedio de oxígeno-17 y oxígeno-18.
“Nadie ha tenido nunca una explicación convincente de cómo esas anomalías podrían ocurrir en el suelo lunar”, dice Mahesh Anand, un Cosmoquímico de la Open University en Milton Keynes, Reino Unido.
Los datos pueden ser muy importantes por otra razón, dice Philippe Escoubet, Físico de Plasmas de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Noordwijk, Países Bajos. Él y sus colegas analizan la información recopilada por un grupo de satélites de la ESA cuyas órbitas de bucle los llevan desde cerca de la Tierra  hasta un tercio del camino hacia la Luna. Hemos visto estos iones de oxígeno antes, pero no tenemos los datos para saber de qué parte de la atmósfera de la Tierra provienen”, señala. Ahora, él y su equipo, así como otros científicos, pueden ser capaces de manejar mejor los procesos que tienen lugar en la atmósfera de la Tierra y el espacio cercano.
Por ejemplo, Escoubet sugiere que él y su equipo pueden ver datos de sus satélites en órbita terrestre reunidos al mismo tiempo que los datos de Kaguya para ver si ellos también muestran aumentos similares en iones de oxígeno cargados  que fluyen de la Tierra. Estos análisis podrían conducir a mejores modelos de la química atmosférica que tiene lugar a gran altura en los márgenes del espacio.

Secuencia de imágenes de la Tierra LLena Saliente en el horizonte Lunar tomadas por la Cámara de Televisión de Alta Resolución de la nave espacial KAGUYA, . Ver más información aquí. Crédito: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). 
¿Un archivo de oxígeno biogénico?
La Tierra no siempre ha tenido una atmósfera rica en Oxígeno. De hecho, el Oxígeno no apareció en cantidades significativas hasta hace aproximadamente 2.000 millones de años, cuando pequeñas criaturas acuáticas llamadas cianobacterias evolucionaron y comenzaron a convertir el dióxido de carbono en moléculas de azúcar y oxígeno a través de la fotosíntesis .
Esto podría ser “una cosa realmente útil para poder  entender cómo la Tierra y su atmósfera evolucionaron con el tiempo”.
“No podemos regresar exactamente y medir la atmósfera de la Tierra hace mil millones de años”, dijo Jasper Halekas, físico de la Universidad de Iowa en Iowa City, quien estudia los efectos del Viento Solar en el Sistema Solar, pero que no participó en la investigación de Terada . Sin embargo, un archivo del Oxígeno de la Tierra en la Luna podría proporcionar una ventana a ese pasado, explicó. Así que esto podría ser “una cosa realmente útil  si queremos entender cómo la Tierra y su atmósfera evolucionaron con el tiempo”.
Sin embargo, distinguir el Oxígeno  de la antigua Tierra, del Oxígeno de la Nueva Tierra y del Oxígeno que llegó del Viento Solar será extremadamente complicado: “No tenemos ningún método para fechar el momento exacto en que la muestra alcanzó la superficie”, escribieron los autores.
Pero este inescrutable archivo todavía puede tener secretos que revelar. “Una cuestión fundamental sobre la Luna y otros cuerpos ” sin aire ” es cómo funcionan sus atmósferas tenues”, dijo Halekas. ¿Cómo se entregan los materiales al cuerpo sin aire, cómo se liberan de la superficie y cómo se pierden?
“Este nuevo resultado es una medida de una fuente de esa atmósfera, por lo que es otra pieza de ese rompecabezas”, explicó.
Análogo a Phobos
Estos resultados podrían no sólo ayudar a los científicos a estudiar nuestra Luna, dijo Terada. Sugiere que esta investigación podría aplicarse a la luna Phobos de Marte.
Recientemente, los datos de la misión espacial Mars Atmosphere y Volatile Evolution (MAVEN) de la NASA revelaron que Marte alguna vez lucía una atmósfera gruesa como la de la Tierra, pero que podría haber sido arrancada por el viento solar. ¿Podría Marte haber entregado partículas a Phobos de la misma manera que la Tierra envía partículas a la Luna?
En el 2022, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) planea lanzar una nave espacial a Phobos, con la esperanza de recolectar y devolver muestras de su suelo a la Tierra. Tal vez Phobos, si tiene un registro de antiguas partículas de Marte conservadas en su superficie, podría ayudar a los científicos a entender cómo Marte perdió su atmósfera, dijo Terada. Esto es, por supuesto, si el código para determinar cuándo los iones de oxígeno se unieron a los minerales y de dónde provenían esos iones puede ser descubierto.

 

Marte tiene dos lunas pequeñas: Fobos y Deimos. Fobos (miedo) y Deimos (pánico) fueron llamadas así aludiendo a los caballos que tiraban del carro de  guerra del  dios griego Ares, el equivalente al dios romano de la guerra Marte. Tanto Fobos como Deimos fueron descubiertos en 1877 por el astrónomo estadounidense Asaph Hall. Las lunas parecen tener materiales superficiales similares a muchos asteroides en el cinturón de asteroides exterior, lo que llevó a creer a la mayoría de los científicos que Fobos y Deimos son asteroides capturados, cosa que hoy sabemos no es así. Crédito: NASA/Mars Exploration.

Fuentes: Science Magazine; American Geophysical Union.      

El trabajo de investigación:  K. Terada et al. Biogenic oxygen from Earth transported to the Moon by a wind of magnetospheric ions. Nature Astronomy. Published online January 30, 2017. doi: 10.1038/s41550-016-0026.

Material relacionado:

Toda la información sobre la misión KAGUYA también llamada SELENE sigla en Inglés de “SELenological and ENgineering Explorer “KAGUYA” (SELENE) la encuentra aquí.
 Dos videos sobre la misión SELENE: (1), (2)
Los libros:The Kaguya Lunar Atlas, The Moon in High Resolution, Authors: Shirao, Motomaro, Wood, Charles A., Springer, 2011. Disponible en Timbó.
 The Kaguya Mission to the Moon Editors: Matsuoka, A., Russell, C.T., Springer, 2011. Disponible en Timbó.
Sobre la Magnetosfera Terrestre, el Viento Solar y su interacción, le sugerimos al lector leer el apartado “Material relacionado” del siguiente artículo donde encontrará todos los recursos sobre estos temas:Tiempo Espacial: No hay Manchas Solares pero tampoco tenemos un Sol inactivo“,  AAA.
Sobre la Atmósfera terrestre y la Capa de Ozono: “The Ozone Hole“, The British Antarctic Survey, NASA, NASA Ozone Watch,  Environment Canada, UNEP, EPA, ESA.
Sobre Fobos, ver el siguiente artículo donde además, en el apartado “Material relacionado”, encontrará toda la información, links y videos sobre el tema:
Sobre MAVEN y  la pérdida de Atmósfera Marciana: 
MAVEN, LASP, University of Colorado, Boulder.
NASA Mission Reveals Speed of Solar Wind Stripping Martian Atmosphere, MAVEN, NASA Goddard Space Flight Center.