Cómo los alunizajes cambiaron nuestra visión del Sistema Solar.

Las muestras lunares insinuaron un aluvión de escombros que azotaron a los planetas hace miles de millones de años. Cincuenta años después del Apolo 11, esa historia aún se está desarrollando. 

Cuando Neil Armstrong dio un pequeño paso desde su delgada nave espacial a la superficie de la Luna hace medio siglo, comenzó una historia que revisaría el conocimiento de la Ciencia sobre nuestros orígenes.

De 1969 a 1972, seis misiones Apolo recogieron 382 kilogramos de rocas y tierra. Esas muestras revelaron mucho sobre nuestro vecino cósmico, incluido su probable origen como “un pedazo de la Tierra”. Pero más allá de la comprensión de la propia Luna, las rocas lunares del Apolo tenían una historia de nuestro vecindario planetario, codificada en un lenguaje químico.

“La Luna es la piedra Rosetta del Sistema Solar”, dice Samuel Lawrence, un científico planetario en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, donde residen la mayoría de las muestras lunares.

Para los astrónomos, uno de los aspectos más emocionantes del programa Apolo fue la oportunidad de prospectar en la superficie de la Luna. Sin una atmósfera sustancial para borrar golpes y rasguños, el terreno lunar conserva más de 4 mil millones de años de historia del Sistema Solar. Las primeras miradas en las muestras de Apolo no decepcionaron: revelaron por primera vez una era aparentemente estridente, hace unos 3.900 millones de años, cuando la Luna y la Tierra fueron golpeadas por rocas desde el espacio profundo. La búsqueda para comprender lo que sucedió durante ese tiempo, una época conocida como el Bombardeo Pesado Tardío, llevó a los científicos desde el satélite con marcas de partículas de la Tierra, a una historia sobre la evolución de todos los planetas.

“Es un legado del programa Apolo que aprendimos no solo sobre la Luna, sino quizás una de las cosas más fundamentales sobre el Sistema Solar temprano”, dice Brad Jolliff, científico planetario de la Universidad de Washington en St. Louis.

Mucho ha cambiado desde Apolo, pero nuestra exploración de la Luna, e incluso de las muestras recolectadas hace medio siglo, continúa. Las naves espaciales robóticas han cartografiado casi cada pulgada cuadrada de la superficie lunar, y las nuevas herramientas en la Tierra han permitido a los investigadores examinar las muestras de Apolo (muchas todavía vírgenes) con creciente sofisticación. Toda esta información reciente ha planteado nuevas preguntas sobre el Bombardeo Pesado Tardío y ayudó a guiar el camino para la exploración futura.

A medida que el mundo marca el 50 aniversario de Apolo 11, se escribirá mucho sobre el legado histórico, político, cultural y tecnológico de la misión. Pero el Programa Apollo también tuvo un tremendo impacto científico, ayudando a los investigadores a comprender mejor la historia de la Luna y, a partir de ella, el Sistema Solar en general. Los estudios de decenas de muestras lunares han obligado a los científicos a revisar, revisar y refinar continuamente su comprensión de los primeros cientos de millones de años de nuestra familia planetaria.

“Si queremos entender nuestros orígenes”, dice William Bottke, un científico planetario del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado, “la Luna es un lugar fantástico para recoger esta gran cantidad de historia que falta”.

Toques de cataclismo

Aproximadamente 10 minutos después de que el Apolo 11 aterrizó el 20 de Julio de 1969, el astronauta Buzz Aldrin describió la vista por la ventana del Módulo Lunar para el Centro de Control de la Misión: “Parece una colección de casi todas las variedades de formas, angulosidades y granularidades, sobre cada variedad de roca” que usted podría encontrar.”

Las muestras fueron de alta prioridad. Una de las primeras tareas de Armstrong fue meter casi 500 gramos de tierra en polvo y más una docena de fragmentos de roca en una bolsa para que, si los astronautas tuvieran que abortar la misión, al menos trajeran una pequeña parte de la Luna. Terminaron trayendo mucho más. Durante más de dos horas recorriendo la Base de la Tranquilidad, Armstrong y Aldrin recolectaron 22 kilogramos de tierra y rocas.

Siendo una extensión de terreno relativamente plano, el sitio de aterrizaje del Apolo 11 fue elegido con el objetivo principal de aterrizar y despegar de manera segura. Los sitios de misiones posteriores fueron elegidos para objetivos científicos específicos y requirieron más audacia, y los astronautas pasaron docenas de horas explorando paisajes escarpados. Sin embargo, una cosa quedó clara del Apolo 11: la superficie era antigua, cubierta por rocas de miles de millones de años y no expuestas al aire, agua o viento.

Al confiar en varios tipos de datación radiométrica, los investigadores encontraron un patrón curioso en las edades de las rocas de las misiones posteriores a Apolo 11. Varias rocas recolectadas por los astronautas del Apolo 14 eran del tipo que se forma cuando la presión intensa fusiona rocas más antiguas, y todas parecían tener unos 3.900 millones de años , mucho más jóvenes que la Luna misma. Un patrón similar apareció en las rocas de Apolo 15, 16, 17 y en el sitio de la nave Luna 20, una misión robótica enviada por la Unión Soviética en 1972. En sitios diseminados por todo el lado cercano de la Luna, muchas rocas parecían haberse formado en la “estela” de los impactos unos 600 millones de años después de la formación de la Luna.

En un artículo de 1973 , el científico planetario Fouad Tera y sus colegas, entonces en Caltech, calificaron este bombardeo como un “cataclismo lunar” y escribieron que “debió haber sido un gran espectáculo desde la Tierra, suponiendo que tuvieras un búnker realmente bueno para mirar”.

Ese búnker habría sido esencial. Si la Luna estaba siendo golpeada, también lo estaba la Tierra. De hecho, todos los planetas rocosos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) deben haber sido golpeados por rocas espaciales al mismo tiempo. Cuando las sondas sobrevolaron Marte en 1965 y Mercurio en 1974, los investigadores notaron patrones de cráteres comparables a los de la Luna.

“Tuvimos que sentirnos cómodos diciendo que había algo en el Sistema Solar que se volvió pícaro”, dice Barbara Cohen, Científica Planetaria del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. En 2000, ella y sus colegas informaron que los meteoritos lunares , fragmentos de la Luna que cayeron a la Tierra, mostraron signos de impactos que abarcaron más de mil millones de años, pero ninguno de más de 3.9 mil millones de años, lo que respalda aún más la idea de un tremendo bombardeo que derritió y restableció la superficie lunar. Pero aún no estaba claro qué podría haber desencadenado una destrucción tan generalizada.

Una historia “agradable”

Una posible respuesta llegó en 2005, cuando tres artículos en Nature ofrecieron una nueva historia sobre cómo podría haber evolucionado el Sistema Solar temprano. El “cuento”, basado en extensas simulaciones por computadora, llegó a ser conocido como el “modelo Niza”, llamado así por la ciudad en Francia donde se originó.

Brevemente, la historia es así: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno se formaron más cerca del Sol de lo que están hoy. Con el tiempo, las órbitas de Júpiter y Saturno se separaron al sentir un tirón constante de los escombros interplanetarios circundantes. Finalmente, sus órbitas se sincronizaron, y la destreza gravitacional combinada de estos dos gigantes sacudió todo el Sistema Solar . Una serie posterior de encuentros cercanos entre Saturno, Urano y Neptuno enviaron asteroides y cometas a toda velocidad, algunos lloviendo sobre los planetas internos y la Luna de la Tierra.

Con algunos ajustes para obtener el momento adecuado, los investigadores descubrieron que estas simulaciones podrían explicar el Bombardeo Pesado Tardío , así como una serie de peculiaridades sobre las órbitas modernas de los planetas gigantes y de los objetos en el Cinturón de Kuiper, el campo de escombros helado más allá Neptuno.

Pero como todos los buenos rompecabezas, este tenía más giros por venir.

“Ahora hay una preocupación considerable”, dice Bottke, de que los científicos pueden haber leído mal la historia del bombardeo de la Luna. “Y esto fue una preocupación que incluso se remonta a los días de Apolo”. Como él y Marc Norman, de la Universidad Nacional de Australia, describen en la Revisión Anual2017 de Ciencias de la Tierra y Planetarias , es posible que una gran cuenca de impacto conocida como Mare Imbrium ha interferido con la investigación de los científicos.

Sesgo de cuenca

Cuando ves al “hombre en la Luna”, Mare Imbrium es su ojo derecho. Este parche oscuro, de aproximadamente 1,000 kilómetros de ancho, es una cicatriz dejada por un poderoso impacto. Si los escombros de este impacto llovieron por todo el lado cercano de la Luna, los astronautas del Apolo podrían haber recogido rocas de Imbrium una y otra vez.

“La gente que hizo la planificación de la misión en los años 60 hizo un trabajo fenomenal”, dice Lawrence. “Pero no tenían acceso a datos geoquímicos globales como lo hacemos ahora”.

Desde Apolo, varias naves espaciales robóticas han observado la Luna de muchas maneras. En los últimos 10 años, por ejemplo, el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA ha cartografiado más del 98 por ciento de la superficie lunar, incluidas imágenes de los lugares de aterrizaje del Programa Apolo tan nítidos que puedes ver los rastros de los pies y los rover, que dejaron los astronautas.

Durante una de sus expediciones, los astronautas del Apolo 17 tomaron muestras de las Colinas Esculpidas, presumiblemente cubiertas de rocas que salieron de una cuenca cercana llamada Mare Serenitatis (el hombre en el otro ojo de la Luna). En 2011, Paul Spudis, del Instituto Lunar y Planetario en Houston, y sus colegas analizaron imágenes de reconocimiento de los orbitadores de ese lugar de aterrizaje . El terreno se parecía mucho más a los paisajes cercanos a Imbrium, y las características geológicas se extendían radialmente desde Imbrium. Esto significa que las Colinas Esculpidas podrían estar llenas de rocas del impacto de Imbrium y no, como se esperaba, de Serenitatis. Un año antes, Norman y sus colegas encontraron una preocupación similar en las rocas del Apolo 16., una misión que alunizó cerca de una gran cuenca llamada Mare Nectaris. La composición de esas muestras también sugirió una fuerte similitud con Imbrium.

Ninguno de estos (u otros) hallazgos prueba que los astronautas tomaron muestras de material solo de la cuenca de Imbrium. Pero sí significa que no podemos decir con certeza de qué cuencas provienen originalmente muchas de las rocas Apolo. Por lo tanto, no está claro si las edades de 3.900 millones de años en muchas muestras lunares provienen de impactos en toda la Luna o de solo uno o dos sitios.

Sin duda, algo significativo sucedió en la Luna hace 3.900 millones de años. Pero los investigadores ahora debaten si fue una breve actividad o el final de una época de bombardeos sostenida durante cientos de millones de años. El registro de Apolo ha sido invaluable, pero aún faltan grandes piezas de la historia de la Luna. Los astronautas exploraron solo una pequeña fracción de la superficie de la Luna. Lawrence dice que sería como si los extraterrestres que visitasen la Tierra, aterrizasen en el Gran Cañón y supusiesen que el resto del planeta debe ser más o menos igual.

Es por eso que muchos investigadores piensan que es hora de regresar, aunque no necesariamente con los astronautas. La última vez que los científicos obtuvieron muestras directamente de la Luna fue en 1976, cuando la sonda soviética Luna 24 devolvió 170 gramos de suelo lunar de Mare Crisium. Con la guía de los últimos datos del orbitador, una sonda robótica podría cavar el suelo de la Luna en lugares muy alejados de los lugares de aterrizaje del Programa Apolo, lo que podría ayudar a los investigadores a armar una línea de tiempo más clara de cuándo la Luna fue golpeada y por cuánto tiempo.

Volver a la Luna

Durante varios años, Jolliff ha estado presionando a la NASA para que envíe una misión robótica denominada MoonRise a la Cuenca del Polo Sur-Aitken de la Luna, lejos de los pisadas de Apolo. Con unos 2.500 kilómetros de diámetro, es uno de los cráteres más grandes del Sistema Solar. Cuando se formó esta cuenca, niveló gran parte del terreno. Como presumiblemente una de las cuencas de impacto más antiguas de la Luna, ahora conserva un registro de todos los impactos más pequeños que han afectado el área desde entonces, incluidos los cráteres que se formaron durante el supuesto Bombardeo Pesado Tardío. Algunas cucharadas de tierra de esta cuenca pueden contener una línea de tiempo de cuándo ocurrieron todos estos impactos, lo que podría aclarar el historial de bombardeos de la Luna y, por extensión, del Sistema Solar Interior.

Pero la NASA sigue priorizando otras misiones sobre el retorno de una muestra lunar. MoonRise ha sido relegada por Juno, ahora en órbita alrededor de Júpiter; también por Osiris-Rex, actualmente trabajando para traer muestras del asteroide Bennu; y más recientemente por Dragonfly, una nave similar a un helicóptero que volará en los cielos de la luna Titán de Saturno. China tiene como objetivo realizar una misión de retorno de muestra lunar, llamada Chang’e 5, para recuperar 2 kilogramos del suelo de Oceanus Procellarum, una vasta llanura en el borde occidental del lado cercano de la Luna. La agencia espacial china a menudo guarda silencio sobre sus planes, pero los informes de prensa indican que su objetivo es lanzarla a finales de este año.

Mientras esperamos que alguien traiga a casa más material de la Luna, las muestras de Apolo continúan revelando secretos. Los análisis recientes de las rocas lunares utilizando métodos más nuevos han mostrado indicios de agua en la Luna, que durante mucho tiempo se pensó que estaban completamente secas. Más adelante este año, nueve equipos de investigación comenzarán a echar un vistazo a las muestras del Apolo 15, 16 y 17, incluidas algunas que nunca se han abierto en la Tierra.

Apolo marcó un punto de inflexión en la historia humana. Después de millones de años de mirar el Universo desde la relativa seguridad de la Tierra, las personas finalmente salieron de nuestro planeta natal y se aventuraron a la superficie de otro mundo. Antes de Apolo, los investigadores asumieron que el Sistema Solar siempre había sido ordenado. Cualquiera que sea la verdad sobre el Bombardeo Pesado Tardío, las rocas lunares apuntan a un lugar mucho más caótico y dinámico de lo que alguna vez se imaginó.

Apuntamos a la Luna y nos topamos con una nueva historia sobre todo el Sistema Solar, una historia que los científicos aún están descubriendo 50 años después, un pequeño paso a la vez.

Fuente: Knowable Magazine.

Artículo original: “How the moon landings changed our view of the Solar System”. Christopher Crockett. July 16, 2019.

Material relacionado:

Las muestras de suelo y rocas lunares traídas durante las 6 misiones Apolo que alunizaron entre 1969 y 1972, revolucionaron por completo nuestra comprensión de la Luna, la Tierra primitiva y todo el Sistema Solar”. Ahora una investigadora abrirá por primera vez parte de las muestras que fueron recogidas por la misión Apolo 17 en el Valle Tauro-Littrow, que habían sido conservadas en su estado original en el Centro Espacial Johnson de la NASA en espera de las nuevas tecnologías de investigación del siglo XXI:

A once-in-a-lifetime look at Apollo moon rocks. Daniel Strain. CU Boulder Today. July 10, 2019.

Nota: No podemos dejar de mencionar el papel del Lic. Julio Fernández en el desarrollo de la teoría de la Migración Planetaria: en un trabajo seminal publicado en la revista Icarus en 1984 expone las bases del intercambio de momento angular entre los cuerpos menores y los planetas gigantes, en particular con Neptuno, sentando las bases de una vez y para siempre para  el desarrollo del concepto de Migración Planetaria: los planetas  no estuvieron siempre donde los vemos hoy, ellos han cambiado de posición durante la evolución del Sistema Solar. En el momento que fue publicado, el pensamiento reinante en la comunidad científica era que los planetas siempre estuvieron allí, donde están hoy, y se tardó tiempo en aceptar esta nueva visión. Por este aporte y por otros de importancia no menor que también cambiaron  nuestro entendimiento del Sistema Solar, fue reconocido por la Academia de Ciencias de los Estados Unidos de América, nombrándolo miembro de la misma. También fue homenajeado en el acto de cierre del ACM 2017 por la comunidad global de científicos que estudian los Cuerpos Menores.

Una cuestión clave con el modelo de Migración Planetaria de
evolución del Sistema Solar, ha sido cuándo tuvo lugar. En el siguiente trabajo, los científicos demuestran que la existencia misma de un particular asteroide binario Troyano indica que la inestabilidad dinámica entre los planetas gigantes debe haber ocurrido dentro de los primeros 100 millones
de años de la formación del Sistema Solar:

Los científicos del SwRI encuentran evidencia de una sacudida temprana. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Septiembre 13, 2018.

También se da la situación inversa a la anterior:

Los modelos dinámicos actuales sobre la evolución del Sistema Solar
temprano, como la hipótesis del Grand Tack y el Nice model, predicen que los planetas gigantes emigraron primero hacia adentro y luego hacia el exterior, alterando y dispersando objetos del interior del Sistema Solar. Como consecuencia, se espera que un pequeño porcentaje de asteroides rocosos hayan sido expulsados a órbitas de la nube de Oort y el Cinturón de Kuiper, como lo comprueba el siguiente artículo:

• Descubierto un asteroide exiliado en la periferia del
  Sistema Solar. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la
  Astronomía de Uruguay. 27 de Mayo, 2018.

En el apartado «Material relacionado» del artículo anterior, el lector encontrará links a otros artículos tanto sobre el «Citurón de Kuiper» como sobre la «Migración Planetaria», asi como también videos de Charlas y Conferencias Públicas sobre estos temas.

Una selección de recursos sobre Migración Planetaria, se encuentra en el apartado “Material relacionado” del siguiente artículo:

Marte no puede haber nacido junto a los otros planetas rocosos. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Mayo 17, 2017.

 

Basándose en registros de asteroides y otras fuentes, un grupo de investigadores, estimó que la Migración Planetaria, un evento de alteración del Sistema Solar, ocurrió hace 4,48 mil millones de años, mucho antes de lo que algunos científicos habían propuesto anteriormente:

A new timeline of Earth’s cataclysmic past. Daniel Strain. CU Boulder Today. Aug. 12, 2019.

Un trabajo de investigación del 2017, que discute el tema del Gran Bombardeo Tardío es:

The Late Heavy Bombardment. William F. Bottke and Marc D. Norman. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, Vol. 45:619-647 (Volume publication date August 2017).https://doi.org/10.1146/annurev-earth-063016-020131

Sobre el suelo lunar:

Las misiones Apollo nos enseñaron algunos de los desafíos que enfrentarán los futuros astronautas al realizar investigaciones en la superficie lunar, particularmente cuando se trata de perforar el suelo lunar. El siguiente artículo, escrito por un grupo de Investigadores del Centro Goddard de la NASA, trata sobre el diseño de una perforadora para el suelo lunar y la necesidad, a efectos de su su testeo, de localizar un suelo aquí en la Tierra, con una composición y propiedades similares a la del regolito lunar:

A tale of two rocks: Moon-like rocks right next door. Paul D. Lowman, Patrick T. Taylor and M. Bruce Milam . Earth Magazine. June 18, 2009.

Con el objetivo de reconocer si una roca es un meteorito proveniente de la Luna, el siguiente artículo discute algunos aspectos de la geología lunar, la mineralogía y la química, que nos guían en el intento de identificar el material lunar:

How Do We Know That It’s a Rock from the Moon? Randy L Korotev. Department of Earth and Planetary Sciences, Washington University in St. Louis. Nov. 7, 2018.

Trayendo muestras de Marte:

De izquierda a derecha: el astronauta del Apolo 11 Buzz Aldrin se para en la Luna; 47 libras (21.5 kilogramos) de muestras fueron traídas a la Tierra por esa misión; El rover “Mars 2020”, visto aquí en una representación artística, tomará las primeras muestras planetarias en el cráter Jezero, en Marte (a la derecha). Crédito: NASA / JPL-Caltech. 

Con su ventana de lanzamiento abierta el 17 de Julio de 2020, menos de un año a partir de hoy, el rover Mars 2020 de la NASA marcará otra primicia: el rover no solo buscará signos de antiguas condiciones de habitabilidad y vida microbiana pasada, sino que recolectará muestras de roca y suelo, almacenándolas en la superficie del planeta para una futura misión para traerlos a la Tierra:

Space Samples Link NASA’s Apollo 11 and Mars 2020. NASA / JPL. Aug. 13, 2019.

Curiosidades:

Sobre la Migración de los Júpiter Calientes.

Una fracción de los exoplanetas encontrados en la última década pertenecen a una clase conocida como «Júpiter calientes». Estos son gigantes gaseosos como Júpiter, pero mucho más calientes, con órbitas que los llevan «febrilmente» cerca de sus estrellas.

Pero, ¿cómo se formaron estos gigantes, y cómo terminan de manera sorprendentemente cerca de sus estrellas? El siguiente artículo aborda el tema con el estudio de un Júpiter caliente particular observado con el telescopio espacial, en el rango de infrarrojos, Spitzer:

Investigando el misterio de la migración de los Júpiter Calientes. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Abril 1, 2016.