Científicos de la NASA encuentran la historia del Sol enterrada en la corteza de la Luna

Resumen:

• La tasa de rotación del Sol en sus primeros mil millones de años es desconocida.

• Sin embargo, esta velocidad de giro afectó a las erupciones solares, influyendo en la evolución de la vida.

• Un equipo de científicos de la NASA cree que lo han descubierto utilizando la Luna como evidencia crítica.

Estamos aquí por el Sol. También es por él que los marcianos o las venusianos no lo están.

Cuando el Sol era solo un bebé hace cuatro mil millones de años, sufrió violentos arrebatos de radiación intensa, escupiendo nubes de alta energía y partículas en todo el Sistema Solar. Estos dolores de crecimiento ayudaron a sembrar vida en la Tierra primitiva al encender reacciones químicas que mantuvieron a la Tierra caliente y húmeda. Sin embargo, estas rabietas solares también pueden haber evitado que la vida emerja en otros mundos despojándolos de atmósferas y destruyendo sustancias químicas nutritivas. 

Qué tan destructivos fueron estos arrebatos primordiales a otros mundos, habría dependido de la rapidez con que el bebé Sol giraba sobre su eje. Cuanto más rápido girara el Sol, más rápido habría destruido las condiciones de habitabilidad. 

Sin embargo, esta pieza crítica de la historia del Sol tiene acosados a los científicos, dijo Prabal Saxena , Astrofísica del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Saxena estudia cómo el clima espacial, las variaciones en la actividad solar y otras condiciones de radiación en el espacio, interactúan con las superficies de los planetas y lunas.

Ahora, él y otros científicos se están dando cuenta de que la Luna, donde la NASA enviará astronautas para el año 2024, contiene pistas sobre los antiguos misterios del Sol, que son cruciales para comprender el desarrollo de la vida.

“No sabíamos cómo era el Sol en sus primeros mil millones de años, y es muy importante porque probablemente cambió la evolución de la atmósfera de Venus y la rapidez con la que perdió agua. “Probablemente también cambió la rapidez con que Marte perdió su atmósfera, y cambió la química atmosférica de la Tierra”, dijo Saxena.    

La conexión sol-luna.

Saxena se topó con la investigación del misterio de la rotación del Sol al tiempo que contemplaba uno aparentemente no relacionado: ¿Por qué, cuando la Luna y la Tierra están formadas por la misma materia, hay significativamente menos sodio y potasio en el regolito lunar, o suelo de la Luna, que en el suelo de la Tierra?   

Esta pregunta, también revelada a través de análisis de muestras de la Luna de la era del Programa Apolo y meteoritos lunares encontrados en la Tierra, ha desconcertado a los científicos durante décadas y ha desafiado a la teoría principal de cómo se formó la Luna.

Nuestro satélite natural tomó forma, dice la teoría, cuando un objeto del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra hace unos 4.500 millones de años. La fuerza de este choque envió materiales a la órbita, donde se unieron para formar la Luna. 

“La Tierra y la Luna se habrían formado con materiales similares, por lo que la pregunta es: ¿por qué a la Luna le faltan estos elementos?”, Dijo Rosemary Killen , una científica planetaria del Centro Goddard de la NASA, que investiga el efecto del clima espacial en las atmósferas y exoesferas planetarias.  

Los dos científicos sospecharon que una gran pregunta informaba a la otra: que la historia del Sol está enterrada en la corteza de la Luna.   

El trabajo anterior de Killen sentó las bases para la investigación del equipo. En 2012,  ayudó a simular  el efecto que la actividad solar tiene sobre la cantidad de sodio y potasio que se envía a la superficie de la Luna o se elimina por una corriente de partículas cargadas del Sol, conocida como viento solar, o por las poderosas erupciones conocidas como Eyecciones de Masa Coronal.

Saxena incorporó la relación matemática entre la velocidad de rotación de una estrella y su actividad de destello. Esta información fue obtenida por científicos que estudiaron la actividad de miles de estrellas descubiertas por el telescopio espacial Kepler de la NASA: cuanto más rápido gira una estrella, más violentas son sus expulsiones. “A medida que aprendes sobre otras estrellas y planetas, especialmente estrellas como nuestro Sol, empiezas a tener una idea más amplia de cómo evolucionó el Sol con el tiempo”, dijo Saxena.  

Usando modelos informáticos sofisticados, Saxena, Killen y sus colegas creen que finalmente pudieron haber resuelto ambos misterios. Sus simulaciones por computadora, que describieron el 3 de mayo en “The Astrophysical Journal Letters,” muestran que el Sol temprano giraba más lento que el 50% de las estrellas bebés. Según sus estimaciones, dentro de sus primeros mil millones de años, el Sol tardó al menos 9 a 10 días en completar una rotación. 

Determinaron esto simulando la evolución de nuestro Sistema Solar bajo una estrella de rotación lenta, media y luego de rotación rápida. Y encontraron que solo una versión, la estrella de rotación lenta, fue capaz de disparar la cantidad correcta de partículas cargadas en la superficie de la Luna para enviar suficiente sodio y potasio al espacio para dejar las cantidades que vemos hoy en día en las rocas lunares.  

“El clima espacial fue probablemente una de las principales influencias sobre cómo evolucionaron todos los planetas del Sistema Solar”, dijo Saxena, “por lo que cualquier estudio de la habitabilidad de los planetas debe tenerlo en cuenta”.

La vida bajo el Sol temprano:

La tasa de rotación del Sol temprano es en parte responsable de la vida en la Tierra. Pero para Venus y Marte, ambos planetas rocosos similares a la Tierra, puede haberla excluido. (Mercurio, el planeta rocoso más cercano al Sol, nunca tuvo la oportunidad).

La atmósfera de la Tierra fue una vez muy diferente de la que encontramos hoy dominada por el oxígeno . Cuando la Tierra se formó hace 4.600 millones de años, una delgada capa de hidrógeno y helio se adhirió a nuestro planeta fundido. Pero los arrebatos del joven Sol eliminaron esa neblina primordial en 200 millones de años.

A medida que la corteza terrestre se solidificaba, los volcanes tosían gradualmente una nueva atmósfera, llenando el aire con dióxido de carbono, agua y nitrógeno. Durante los siguientes mil millones de años, la vida bacteriana más temprana consumió ese dióxido de carbono y, a cambio, liberó metano y oxígeno a la atmósfera. La Tierra también desarrolló un campo magnético, que ayudó a protegerlo del Sol, permitiendo que nuestra atmósfera se transforme en el aire rico en oxígeno y nitrógeno que respiramos hoy.

“Tuvimos la suerte de que la atmósfera de la Tierra sobreviviera a los terribles tiempos”, dijo Vladimir Airapetian , un importante Heliofísico y Astrobiólogo de Goddard que estudia cómo el clima espacial afecta la habitabilidad de los planetas terrestres. Airapetian trabajó con Saxena y Killen en el estudio inicial del Sol.

Si nuestro Sol hubiera sido un rotador rápido, habría estallado con súper bengalas 10 veces más fuertes que cualquiera en la historia registrada, al menos 10 veces al día. Incluso el campo magnético de la Tierra no habría sido suficiente para protegerla. Las explosiones del Sol habrían diezmado la atmósfera, reduciendo la presión del aire tanto, que la Tierra no retendría agua líquida. “Podría haber sido un ambiente mucho más duro”, señaló Saxena.

Pero el Sol giró a un ritmo ideal para la Tierra, que prosperó bajo la estrella temprana. Venus y Marte no tuvieron tanta suerte. Venus estuvo alguna vez cubierto de océanos de agua y pudo haber sido habitable . Pero debido a muchos factores, incluida la actividad solar y la falta de un campo magnético generado internamente, Venus perdió su hidrógeno, un componente crítico del agua. Como resultado, sus océanos se evaporaron en sus primeros 600 millones de años, según estimaciones. La atmósfera del planeta se llenó de dióxido de carbono, una molécula pesada que es más difícil de eliminar. Estas fuerzas llevaron a un efecto invernadero desbocado que mantiene a Venus a 864 grados Fahrenheit (462 grados Celsius), demasiado caliente para la vida.

Marte, más alejado del Sol que la Tierra, parece estar más a salvo de los estallidos estelares. Sin embargo, tenía menos protección que la Tierra. Debido en parte al débil campo magnético del planeta rojo y la baja gravedad, el Sol temprano gradualmente fue capaz de soplar su aire y agua. Hace unos 3.700 millones de años, la atmósfera marciana se había vuelto tan delgada que el agua líquida se evaporaba inmediatamente en el espacio. (El agua todavía existe en el planeta, congelada en los casquetes polares y en el suelo).

Después de influir en el curso de la vida (o la falta de ella) en los planetas internos, el envejecimiento del Sol gradualmente desaceleró su ritmo y continúa haciéndolo. Hoy, gira una vez cada 27 días, tres veces más lento que en su infancia. El giro más lento lo hace mucho menos activo, aunque el Sol todavía tiene arrebatos violentos de vez en cuando.

Explorando la Luna, testigo de la evolución del Sistema Solar.

Para aprender sobre el Sol temprano, dijo Saxena, no debes mirar más allá de la Luna, uno de los objetos mejor conservados del joven Sistema Solar. 

“La razón por la que la Luna termina siendo un calibrador y una ventana al pasado realmente útil es que no tiene una atmósfera molesta, ni placas tectónicas que resurgen en la corteza”, dijo. “Entonces, como resultado, puedes decir: ‘Oye, si las partículas solares o cualquier otra cosa lo golpean, el suelo de la Luna debería mostrar evidencia de eso'”.

Las muestras traídas durante el Programa Apolo y los meteoritos lunares son un excelente punto de partida para explorar el Sistema Solar temprano, pero solo son piezas pequeñas en un rompecabezas grande y misterioso. Las muestras provienen de una pequeña región cerca del ecuador lunar, y los científicos no pueden decir con total certeza de dónde provenían los meteoritos de la Luna, lo que hace que sea difícil ubicarlos en el contexto geológico.

Dado que el Polo Sur es el hogar de los cráteres en sombra permanente, donde esperamos encontrar el material mejor conservado en la Luna, incluida el agua congelada, la NASA pretende enviar una expedición humana a la región para el año 2024.  

Si los astronautas pueden obtener muestras del suelo lunar de la región más al sur de la Luna, podrían ofrecer más pruebas físicas de la rotación del bebé Sol, dijo Airapetian, quien sospecha que las partículas solares habrían sido desviadas por el antiguo campo magnético de la Luna hace 4 mil millones de años y depositado en los polos: “Así que uno esperaría, aunque nunca lo hayamos visto, que la química de esa parte de la Luna, la expuesta al Sol joven, estaría mucho más alterada que las regiones ecuatoriales. Así que hay mucha ciencia por hacer allí “.

Fuente del artículo: NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Artículo original:“NASA Scientists Find Sun’s History Buried in Moon’s Crust”. Lonnie Shekhtman and Miles Hatfield , Editor: Svetlana Shekhtman. June 17, 2019.

Material relacionado:

NASA Mission Reveals Origins of Moon’s ‘Sunburn’. Sarah Frazier
. Editor: Rob Garner NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Feb. 27, 2019.

Solar Storms May Have Been Key to Life on Earth.  Karen C. Fox
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Editor: Rob Garner. Aug. 7, 2017.

Una lúcida presentación de la historia de los planetas rocosos del Sistema Solar y su habitabilidad, se presenta en:

What Was It Like When Venus And Mars Became Uninhabitable Planets?Ethan Siegel. Starts With A Bang. March 27, 2019.

El estudio de una estrella joven similar al Sol, muestra cómo la existencia de un campo magnético fue fundamental para la vida en la Tierra primitiva. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 26 de Marzo, 2016.

Desafortunadamente, solo porque un planeta esté en la zona habitable no significa necesariamente que pueda sustentar la vida. Las enanas M producen mucha luz ultravioleta (UV) , especialmente en las longitudes de onda UV más cortas (UV extremo o EUV). La luz UV no solo le produce una «quemadura de Sol», sino que también puede causar estragos en la vida, desde la destrucción de las células hasta el despojo de un planeta de su agua y atmósfera. La mayoría de los estudios coinciden en que la radiación UV es perjudicial para la vida y existe una alta probabilidad de que los planetas entorno a enanas M no puedan soportar la vida como la conocemos.

Los autores del siguiente artículo arrojan una nueva luz sobre el efecto de los rayos UV en la vida. Señalan que estudios de laboratorio anteriores han descubierto que la luz UV es realmente necesaria para crear los componentes básicos necesarios para la vida, como el ARN , los aminoácidos y los azúcares. La creación de estos bloques de construcción también se conoce como fotoquímica prebiótica . ¿Podría la radiación UV de una enana M en realidad estar alimentando la vida en lugar de destruirla? :

La Radiación U (V) ilumina mi vida. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 20 de Abril, 2019.

Siguiendo con las enanas rojas, en su juventud comienzan con poderosas fulguraciones que, debido a que los planetas que las orbitan están mucho más cerca de sus estrellas anfitrionas, mirando siempre con la misma cara a su estrella, muchos científicos dicen que esterilizarían para siempre a sus planetas. Se teoriza que esos planetas son propensos a perder cualquier remanente de agua que posean, incluso si las fulguraciones  estelares no logran  hacerlo, debido a un efecto de calentamiento desbocado provocado por el vapor de agua en su atmósfera. Pero nuevas investigaciones muestran que existen en tales planetas procesos de calentamiento no desbocados de sus atmósferas, abriendo asi una ventana a su habitabilidad:

Las Estrellas Enanas Rojas y los exoplanetas que las orbitan. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 5 de Dic., 2017.

Dos artículos en profundidad, el primero sobre la astrobiología de los planetas durante la juventud del Sol y el segundo sobre la historia de la actividad solar, son:

Terrestrial planets under the young Sun. Vladimir Airapetian. Meeting Report. Nature Astronomy | VOL 2 | JUNE 2018 | 448–449 |28 May 2018.

The Sun in Time: Activity and Environment. Manuel Güdel. Living Rev. Sol. Phys. Springer, 2007.

Curiosidades:

Las Colas de la Luna.

Los datos del “Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE)”, que pasó siete meses orbitando la Luna en 2013 y 2014, revelaron una cola de partículas de polvo a nanoescala. El hallazgo sigue al descubrimiento de la primera cola lunar en 1999, cuando los telescopios terrestres detectaron una débil corriente de gas de sodio que se extendía detrás de la Luna por cientos de miles de kilómetros. Un estudio en profundidad de esta última, realizado desde el Observatorio “El Leoncito”, Argentina, muestra los procesos en la superficie lunar que intervienen en su formación, qué procesos ayudan a mantenerla, asi como su variación con las fases lunares:

The sodium tail of the Moon M. Matta et al. Icarus. (2009), doi:10.1016/j.icarus.2009.06.017.