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La huella de la bota de Buzz Aldrin en suelo lunar
Regolito recolectado durante la misión Apolo 17

El suelo lunar es la fracción fina del regolito que se encuentra en la superficie de la Luna . Sus propiedades pueden diferir significativamente de las de la suciedad terrestre. Las propiedades físicas del suelo lunar son principalmente el resultado de la desintegración mecánica de la roca basáltica y anortosítica , causada por los continuos impactos meteóricos y el bombardeo de partículas atómicas con carga solar e interestelar durante años. El proceso es en gran parte uno de meteorización mecánica en el que las partículas se muelen a un tamaño cada vez más fino con el tiempo. Esta situación contrasta fundamentalmente con la formación de suciedad terrestre, mediada por la presencia de moléculasoxígeno (O 2 ), humedad, viento atmosférico y una serie robusta de procesos biológicos que contribuyen.

El suelo lunar generalmente se refiere solo a la fracción más fina del regolito lunar , que está compuesto de granos de 1 cm de diámetro o menos, pero a menudo se usa indistintamente. [1] El polvo lunar generalmente connota materiales incluso más finos que el suelo lunar . No existe una definición oficial sobre qué fracción de tamaño constituye "polvo"; algunos colocan el límite a menos de 50 μm de diámetro, mientras que otros lo ponen a menos de 10 μm. [ cita requerida ]

Procesos de formación [ editar ]

Tierra naranja encontrada en el Apolo 17, el resultado de perlas de vidrio volcánicas
Más información: Geología de la Luna

Los principales procesos involucrados en la formación del suelo lunar son: [ cita requerida ]

Estos procesos continúan cambiando las propiedades físicas y ópticas de la suciedad a lo largo del tiempo, y se lo conoce como meteorización espacial .

Además, la formación de fuego, mediante la cual la lava volcánica se eleva y se enfría en pequeñas perlas de vidrio antes de caer de nuevo a la superficie, puede crear depósitos pequeños pero importantes en algunos lugares, como la tierra anaranjada que se encuentra en el cráter Shorty en el valle Taurus-Littrow por Apolo 17 y el vidrio verde encontrado en Hadley-Apennine por Apollo 15 . [ cita requerida ] También se cree que los depósitos de perlas volcánicas son el origen de los depósitos del manto oscuro (DMD) en otros lugares alrededor de la Luna. [2]

Mineralogía y composición [ editar ]

El suelo lunar está compuesto por varios tipos de partículas, incluidos fragmentos de roca, fragmentos monominerales y varios tipos de vidrios, incluidas partículas aglutinadas, esférulas volcánicas y de impacto. [ cita requerida ] Los aglutinados se forman en la superficie lunar por impactos de micrometeoritos que causan una fusión a pequeña escala que fusiona materiales adyacentes junto con pequeñas motas de hierro elemental incrustadas en la capa vítrea de cada partícula de polvo. [ cita requerida ]Con el tiempo, el material se mezcla tanto vertical como horizontalmente (un proceso conocido como "jardinería") mediante procesos de impacto. Sin embargo, la contribución de material procedente de fuentes externas es relativamente menor, de modo que la composición de la suciedad en un lugar determinado refleja en gran medida la composición del lecho rocoso local.

Hay dos profundas diferencias en la química del regolito lunar y la suciedad de los materiales terrestres. La primera es que la Luna está muy seca. Como resultado, aquellos minerales con agua como parte de su estructura ( hidratación mineral ) como arcilla , mica y anfíboles están totalmente ausentes de la Luna. [ cita requerida ] La segunda diferencia es que el regolito lunar y la corteza se reducen químicamente , en lugar de oxidarse significativamente como la corteza terrestre. [ cita requerida ] En el caso del regolito, esto se debe en parte al bombardeo constante de la superficie lunar conprotones del viento solar. Una consecuencia es que el hierro en la Luna se encuentra en los estados de oxidación elemental (0) y catiónico (+2), [ cita requerida ] mientras que en la Tierra el hierro se encuentra principalmente en los estados de oxidación +2 y +3.

  • Concentración relativa de varios elementos en la superficie lunar.

  • Concentración relativa (en% en peso) de varios elementos en las tierras altas lunares, las tierras bajas lunares y la Tierra

  • Tela beta contaminada con suelo lunar (Apolo 16)

Propiedades [ editar ]

Reproducir medios
Un breve video de un vehículo itinerante lunar levantando un regolito lunar ( Apollo 16 , 1972)

La importancia de adquirir un conocimiento adecuado de las propiedades del suelo lunar es enorme. El potencial para la construcción de estructuras, [3] redes de transporte terrestre y sistemas de eliminación de desechos, por nombrar algunos ejemplos, dependerá de los datos experimentales del mundo real obtenidos de las pruebas de muestras de suelo lunar. La capacidad de carga de la tierra es un parámetro importante en el diseño de tales estructuras en la Tierra.

Debido a los innumerables impactos de meteoritos (con velocidades en el rango de 20 km / s), la superficie lunar está cubierta con una fina capa de polvo. El polvo está cargado eléctricamente y se adhiere a cualquier superficie con la que entra en contacto.

La densidad del regolito lunar es de aproximadamente 1,5 g / cm 3 . [4] La suciedad se vuelve muy densa debajo de la capa superior de regolito.

Otros factores que pueden afectar las propiedades del suelo lunar incluyen grandes diferencias de temperatura , la presencia de un fuerte vacío y la ausencia de un campo magnético lunar significativo , lo que permite que las partículas cargadas de viento solar golpeen continuamente la superficie de la Luna.

Fuentes de polvo lunar y levitación electrostática [ editar ]

Existe alguna evidencia de que la Luna tiene una capa tenue de partículas de polvo en movimiento que saltan y caen constantemente de la superficie de la Luna, dando lugar a una "atmósfera de polvo" que parece estática pero está compuesta de partículas de polvo en constante movimiento. El término "fuente lunar" se ha utilizado para describir este efecto por analogía con la corriente de moléculas de agua en una fuente que sigue una trayectoria balística mientras parece estática debido a la constancia de la corriente. De acuerdo con un modelo propuesto en 2005 por el Laboratorio de Física Extraterrestre en la NASA 's Centro de Vuelo Espacial Goddard , [5] esta es causada por la levitación electrostática . En el lado iluminado por el día de la Luna, la luz solar ultravioleta yLa radiación de rayos X es lo suficientemente enérgica como para eliminar electrones de átomos y moléculas en el suelo lunar. Las cargas positivas se acumulan hasta que las partículas más pequeñas de polvo lunar (que miden 1 micrómetro y menos) son repelidas de la superficie y se elevan desde metros a kilómetros de altura, y las partículas más pequeñas alcanzan las altitudes más altas. Eventualmente vuelven a caer hacia la superficie donde se repite el proceso. En el lado nocturno, el polvo está cargado negativamente por electrones del viento solar . De hecho, el modelo de la fuente sugiere que el lado nocturno lograría mayores diferencias de tensión eléctrica que el lado diurno, posiblemente lanzando partículas de polvo a altitudes aún mayores. [6]Este efecto podría mejorarse aún más durante la parte de la órbita de la Luna donde pasa a través de la cola magnética de la Tierra , parte del campo magnético de la Luna . [7] En el terminador podrían formarse campos eléctricos horizontales significativos entre las áreas diurna y nocturna, lo que resultaría en un transporte de polvo horizontal, una forma de "tormenta lunar". [6] [8]

Los "rayos crepusculares" lunares dibujados por los astronautas del Apolo 17

Este efecto fue anticipado en 1956 por el autor de ciencia ficción Hal Clement en su cuento "Dust Rag", publicado en Astounding Science Fiction . [6]

Un trozo de regolito del Apolo 11 presentado a la Unión Soviética y exhibido en el Museo Conmemorativo de Astronáutica de Moscú

Existe alguna evidencia de este efecto. A principios de la década de 1960, Surveyor 7 [9] y varias naves espaciales Surveyor anteriores que aterrizaron suavemente en la Luna devolvieron fotografías que mostraban un inconfundible brillo crepuscular bajo sobre el horizonte lunar que persistía después de la puesta del Sol. [6] Además, contrariamente a la expectativa de condiciones sin aire y sin neblina atmosférica, el horizonte distante entre la tierra y el cielo no se veía nítido. Los astronautas del Apolo 17 que orbitaron la Luna en 1972 vieron y dibujaron repetidamente lo que llamaron "bandas", "serpentinas" o "rayos crepusculares" durante unos 10 segundos antes del amanecer o el atardecer lunar. Estos rayos también fueron reportados por los astronautas a bordo de los Apolo 8, 10 y 15.Estos podrían haber sido similares a los rayos crepusculares.en la tierra. [6]

El Apolo 17 también colocó un experimento en la superficie de la Luna llamado LEAM, abreviatura de Lunar Eyecta y Meteoritos. Fue diseñado para buscar polvo levantado por pequeños meteoritos que chocan contra la superficie de la Luna. Tenía tres sensores que podían registrar la velocidad, la energía y la dirección de partículas diminutas: uno apuntando hacia arriba, al este y al oeste. LEAM vio una gran cantidad de partículas todas las mañanas, la mayoría provenientes del este u oeste, en lugar de arriba o abajo, y en su mayoría a velocidades más lentas que las esperadas para las eyecciones lunares. Además, la temperatura del experimento aumentó a cerca de 100 grados centígrados unas horas después de cada amanecer lunar, por lo que la unidad tuvo que apagarse temporalmente porque se estaba sobrecalentando. Se especula que esto podría haber sido el resultado de que el polvo lunar cargado eléctricamente se adhirió a LEAM, oscureciendo su superficie para que el paquete del experimento absorbiera en lugar de reflejar la luz solar. [8]Sin embargo, los científicos no pudieron hacer una determinación definitiva de la fuente del problema, ya que LEAM operó solo brevemente antes de que terminara el programa Apollo. [10]

Es posible que estas tormentas hayan sido detectadas desde la Tierra: durante siglos, ha habido informes de extrañas luces brillantes en la Luna, conocidas como " fenómenos lunares transitorios " o TLP. Algunos TLP se han observado como destellos momentáneos, ahora generalmente aceptados como evidencia visible de meteoritos que impactan la superficie lunar. Pero otros han aparecido como resplandores amorfos rojizos o blanquecinos o incluso como regiones oscuras y nebulosas que cambian de forma o desaparecen en segundos o minutos. Estos pueden haber sido el resultado de la luz solar reflejada por el polvo lunar suspendido. [8]

Efectos nocivos del polvo lunar [ editar ]

Un estudio de la NASA de 2005 enumeró 20 riesgos que requerían más estudios antes de que los humanos se comprometieran con una expedición humana a Marte, y clasificó al "polvo" como el desafío número uno. El informe instó al estudio de sus propiedades mecánicas, corrosividad, aspereza y efecto en los sistemas eléctricos. La mayoría de los científicos piensan que la única forma de responder definitivamente a las preguntas es devolviendo muestras de tierra y roca marcianas a la Tierra mucho antes de lanzar astronautas. [10]

Aunque ese informe abordó el polvo marciano, las preocupaciones son igualmente válidas con respecto al polvo lunar. El polvo que se encuentra en la superficie lunar podría causar efectos nocivos en cualquier tecnología avanzada humana y miembros de la tripulación: [11] [12] [13]

  • Oscurecimiento de las superficies, que conduce a un aumento considerable de la transferencia de calor por radiación ;
  • La naturaleza abrasiva de las partículas de polvo puede frotar y desgastar las superficies por fricción;
  • Efecto negativo en los revestimientos utilizados en las juntas para sellar equipos del espacio, lentes ópticos, paneles solares y ventanas, así como el cableado;
  • Posible daño a los pulmones, sistema nervioso y cardiovascular de un astronauta;
  • Posible aumento del riesgo de formación de arco en el traje espacial debido a la exposición de pequeños granos de polvo al entorno espacial.

Los principios de higiene astronáutica deben usarse para evaluar los riesgos de exposición al polvo lunar durante la exploración en la superficie de la Luna y así determinar las medidas más apropiadas para controlar la exposición. Estos pueden incluir quitarse el traje espacial en una esclusa de aire de tres etapas, "aspirar" el traje con un imán [14] antes de quitarlo y usar ventilación de extracción local con un filtro de partículas de alta eficiencia para eliminar el polvo de la atmósfera de la nave espacial. [15]

Las propiedades nocivas del polvo lunar no se conocen bien. Sin embargo, según los estudios del polvo encontrado en la Tierra, se espera que la exposición al polvo lunar resulte en mayores riesgos para la salud tanto por exposición aguda como crónica. Esto se debe a que el polvo lunar es más reactivo químicamente y tiene áreas de superficie más grandes compuestas de bordes dentados más afilados que el polvo de la Tierra. [16] Si las partículas químicas reactivas se depositan en los pulmones, pueden causar enfermedades respiratorias. La exposición prolongada al polvo puede causar una enfermedad respiratoria más grave similar a la silicosis.. Durante la exploración lunar, los trajes espaciales de los astronautas se contaminarán con polvo lunar. El polvo se liberará a la atmósfera cuando se retiren los trajes. Los métodos utilizados para mitigar la exposición incluirán altas tasas de recirculación de aire en la esclusa de aire, el uso de un "traje espacial de doble capa", el uso de protectores contra el polvo, el uso de separación magnética de alto grado y el uso de flujo solar para sinterizar. y derretir el regolito. [17] [18] [19]

Disponibilidad actual [ editar ]

Los astronautas del Apolo recuperaron unos 360 kilogramos (790 libras) de rocas lunares de seis lugares de aterrizaje. Aunque este material se ha aislado en botellas envasadas al vacío, ahora no se puede utilizar para análisis químicos o mecánicos detallados: las partículas arenosas deterioraron los sellos de indio con filo de cuchillo de las botellas al vacío; el aire se ha filtrado lentamente. Cada muestra traída de la Luna ha sido contaminada por el aire y la humedad de la Tierra. El polvo ha adquirido una pátina de óxido y, como resultado de la unión con el agua terrestre y las moléculas de oxígeno, su reactividad química desapareció hace mucho tiempo. Las propiedades químicas y electrostáticas de la tierra ya no coinciden con las que los futuros astronautas encontrarán en la Luna. [10]

Los artículos contaminados con polvo lunar finalmente estuvieron disponibles para el público en 2014, cuando el gobierno de EE. UU. Aprobó [20] la venta de material privado propiedad y recolectado por astronautas. Desde entonces, solo se ha producido un artículo para la venta con polvo lunar genuino recolectado después de que el artículo pasó más de 32 horas en la Luna. Una correa de equipaje, expuesta a los elementos de la Luna durante 32 horas, una pieza del traje espacial de Charles "Pete" Conrad en la misión Apolo 12, fue vendida por su propiedad a un comprador privado en una subasta. [21] En 2017, el suelo lunar recolectado por Neil Armstrong en 1969 se puso a subasta. [22]Si bien muchos fabricantes de joyas y relojes afirman que su producto contiene "polvo lunar", los productos solo contienen pedazos o polvo de meteoritos que se cree que se originaron en la Luna. El 11 de septiembre de 2020, la NASA anunció que está dispuesta a crear un mercado para el suelo lunar solicitando propuestas para comprarlo a proveedores comerciales. [23]

Proyecto Chang'e-5 [ editar ]

El 16 de diciembre de 2020, la misión Chang'e 5 de China regresó a la Tierra con una carga de aproximadamente 2 kilogramos de roca y tierra que recogió de la Luna. Es la primera muestra de regolito lunar que regresa a la Tierra desde 1976. China es el tercer país del mundo que ha traído tal material a la Tierra. [24]

Chang'e-5 es parte de la primera fase del Programa de Exploración Lunar de China . Todavía quedan 3 proyectos en esta fase del programa (Chang'e-6 en 2024, Chang'e-7 en 2023 y Chang'e-8 en 2027). La segunda fase del programa consiste en llevar astronautas chinos a la Luna entre 2030 y 2039.

Ver también [ editar ]

  • Simulante de regolito lunar
  • Recursos lunares
  • Roca lunar
  • Cola de sodio de la luna

Referencias [ editar ]

  1. ^ Heiken; Vanniman y French (1991). Libro de consulta lunar . Prensa de la Universidad de Cambridge . págs.  756 . ISBN 978-0-521-33444-0.
  2. ^ "Erupciones volcánicas explosivas en la luna" .
  3. ^ Naeye, Robert (6 de abril de 2008). "Método pionero de los científicos de la NASA para hacer telescopios lunares gigantes" . Centro de vuelo espacial Goddard . Consultado el 27 de febrero de 2011 .
  4. ^ Regolito lunar @NASA
  5. ^ Stubbs, Timothy J .; Richard R. Vondrak y William M. Farrell (2005). "Un modelo de fuente dinámica para el polvo lunar" (PDF) . Ciencia lunar y planetaria XXXVI .
  6. ^ a b c d e Moon Fountains Archivado el 19 de marzo de 2010 en la Wayback Machine.
  7. ^ NASA - La luna y la cola magnética
  8. ^ a b c "NASA - Tormentas lunares" . Archivado desde el original el 6 de enero de 2010 . Consultado el 12 de julio de 2017 .
  9. ^ Suceden cosas extrañas en la luna llena | LiveScience
  10. ↑ a b c Trudy E. Bell, Stronger than Dirt , Air & Space Smithsonian , agosto / septiembre de 2006, págs. 46–53
  11. ^ Brandon Specktor 17 de mayo de 2018. "El polvo de luna es súper tóxico para las células humanas" . livescience.com . Consultado el 4 de enero de 2021 .
  12. ^ "No respires el polvo lunar | Dirección de misión científica" . science.nasa.gov . Consultado el 4 de enero de 2021 .
  13. ^ Santiago, Juan; Kahn-Mayberry, Noreen (enero de 2009). "Riesgo de efectos adversos para la salud por exposición al polvo lunar" (PDF) .
  14. ^ Profesor Larry Taylor, Director del Instituto de Geociencias Planetarias de la Universidad de Tennessee
  15. ^ Dr. JR Cain - "La aplicación de la higiene astronáutica para proteger la salud de los astronautas", Conferencia de la Asociación de Biomedicina Espacial del Reino Unido 2009, Downing College, Universidad de Cambridge
  16. ^ Dr. John R. Cain, "Polvo lunar: un peligro para los exploradores lunares", Vuelo espacial, vol. 52, febrero de 2010, págs. 60–65
  17. ^ Dr. John R. Cain, "Polvo lunar: el peligro y los riesgos de exposición de los astronautas", Tierra, Luna, Planetas doi : 10.1007 / s11038-010-9365-0 Octubre de 2010.
  18. ^ Park, JS; Y. Liu; KD Kihm; LA Taylor. "Micromorfología y efectos toxicológicos del polvo lunar" (PDF) . Ciencia lunar y planetaria XXXVII (2006) . Consultado el 8 de marzo de 2007 . La distribución del tamaño de partícula del polvo lunar de la muestra 77051 del Apolo 17 se ha determinado mediante análisis de imágenes SEM. Los datos de distribución de tamaño presentan una distribución gaussiana aproximada con un solo modo en alrededor de 300 nm. El área de la superficie de reactivación de partículas de "queso suizo" altamente porosas es aproximadamente un 26% más alta que una esfera. Las morfologías de los granos de polvo se han clasificado según sus cuatro tipos: 1) esféricos; 2) bloques angulares; 3) fragmentos de vidrio; y 4) irregular (corpulento o queso suizo). Estos datos ayudarán a los investigadores médicos en sus estudios de los efectos toxicológicos de la inhalación de polvo lunar por parte de los seres humanos.
  19. ^ Young, Kelly (6 de marzo de 2007). "Los rodillos de pelusa pueden acumular polvo lunar peligroso" . Nuevo científico . Consultado el 17 de febrero de 2008 . Si bien es aclamado como una fuente potencial de oxígeno y metales, el polvo lunar es una preocupación porque los médicos temen que los granos más pequeños puedan alojarse en los pulmones de los astronautas, lo que posiblemente cause efectos a largo plazo en la salud.
  20. ^ La nueva ley dice que los astronautas pueden conservar (o vender) sus artefactos espaciales.
  21. ↑ Los recuerdos del astronauta del Apolo 12 a subasta el 23 de abril de 2014
  22. ^ "Polvo lunar recogido por el astronauta Neil Armstrong para venderlo en una subasta" . Noticias ITV . Consultado el 13 de julio de 2017 .
  23. ^ La NASA comprará rocas lunares y tierra de empresas privadas el 11 de septiembre de 2020
  24. ^ "La misión Chang'e-5 de China devuelve muestras de la Luna" . BBC News . 16 de diciembre de 2020 . Consultado el 25 de enero de 2021 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Propiedades geotécnicas del suelo lunar
  • Parámetros de los suelos lunares Instituto Lunar y Planetario
  • Descubierto después de 40 años: peligro de polvo lunar influido por la elevación del sol