Obtener recursos in situ es uno de los grandes retos a abordar en el futuro de la exploración espacial, ya que permitirá prolongar las misiones espaciales e incluso la opción de construir bases y asentamientos con una menor necesidad de avituallamiento desde nuestro planeta.
Uno de estos recursos es de vital importancia para la vida, el agua: Es imprescindible para beber y necesaria para el aseo, pero también podemos transformarla en oxígeno para respirar e incluso fabricar combustible para las misiones en caso de ser necesario para su regreso. Y quien sabe si para cultivar algún día sobre el regolito lunar o marciano.
En las últimas décadas hemos asistido al descubrimiento de depósitos de hielo en los polos tanto de Mercurio como de nuestra Luna, en cráteres que se encuentran bajo sombra permanente, lo que les permite mantener una temperatura que evite su sublimación (el paso del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido), y por lo tanto la pérdida de esta agua al espacio.
Los depósitos de hielo en los polos (sur, a la izquierda y norte, a la derecha) de la Luna, en color azul. NASA.
Está claro que de momento, en Mercurio el establecimiento de bases o viajes de exploración, tanto por su proximidad al Sol como por su dificultad técnica queda descartado -al menos en un futuro cercano-, pero nuestro satélite podría ver como regresamos a él en las próximas décadas, ya sea en forma de misiones puntuales o quien sabe si de una primera avanzadilla de bases que nos permitan depurar la tecnología necesaria para nuestro desembarco en Marte.
Por eso, el estudio de estos depósitos de hielo es fundamental para conocer la disponibilidad y la facilidad de explotación de estos recursos, así como su volumen para cuantificar la cantidad de agua disponible, abriendo también una puerta a responder a la siguiente pregunta, ¿Cómo ha llegado todo este hielo hasta ahí?
Un nuevo estudio se ha centrado en los cráteres en sombra perpetua del polo sur lunar para responder a estas preguntas, puesto que es donde se encuentran los depósitos de hielo, pero, ¿Qué son y como es posible que existan este tipo de cráteres?
Mapa del polo sur de la Luna con las temperaturas en algunos de los cráteres donde son los suficientemente bajas como para albergar el hielo. NASA’s Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio.
Los cráteres en sombra perpetua son cráteres en cuyo interior nunca da la luz del Sol directamente. Esto ocurre por dos factores principalmente: El primero, que el eje de rotación de la Luna tiene una inclinación muy baja, alrededor de 1.5º (el de la Tierra está 23.5º), con lo que los rayos solares inciden en las zonas polares de una manera casi paralela a la superficie.
Si a esto le unimos que los cráteres pueden ser muy profundos, lo que ocurre es que la propia superficie de la Luna proyecta su sombra sobre el fondo de los cráteres, permitiendo que siempre estén protegidos del aumento de la temperatura provocado por la luz del Sol y preservando los depósitos de hielo de durante grandes escalas temporales. Para que el hielo sea estable en las condiciones lunares tiene que encontrarse a temperaturas por debajo de los 163.15ºC.
Esquema de un cráter en sombra perpetua. En azul, la zona donde nunca llegan a incidir los rayos del Sol, y en rojo donde solo dan directamente durante una parte del día lunar.
La mayor parte de la superficie capaz de albergar el hielo que existe en el polo sur de la Luna se encuentra en los cráteres de gran diámetro. Estos, además, son casi todos muy antiguos en términos geológicos, con edades que superan los 3100 millones de años. No se ha encontrado hielo en la superficie de grandes cráteres con una edad inferior a los 3100 millones de años, aunque si se ha encontrado en cráteres más recientes pero de tamaño más modesto.
Este hielo no se encuentra en depósitos de gran continuidad lateral, sino que lo hace como parches salpicando la superficie, de una manera muy heterogénea, ocupando aproximadamente un 4.1% de toda la superficie que tiene las condiciones adecuadas para preservarlo.
¿Por qué tienen esta distribución los depósitos de hielo?. Podría ser que el depósito de este hielo ocurriera muy pronto en la historia de la Luna, siendo depósitos de un tamaño y continuidad espacial mucho mayor, pero que el continuo bombardeo de micrometeoritos haya provocado que una gran parte del hielo se pierda al espacio.
En el caso de los cráteres más pequeños donde se ha detectado hielo, podría ocurrir que sean tan recientes que todavía esos depósitos no han tenido tiempo de ser destruidos, y que de ahí hayan podido ser detectados, es decir, que el hielo se haya depositado hace relativamente poco o que haya llegado hasta ellos el hielo a través de otros procesos.
Hay una posibilidad muy interesante y es que parte del hielo que observamos en los cráteres proceda de la misma Luna. La gran actividad volcánica ocurrida aproximadamente hace unos 3500 millones de años y relacionada con la formación de los mares lunares -esas grandes llanuras volcánicas que vemos de un color más grisáceo cuando miramos a la Luna- provocó la salida de una gran cantidad de gases desde el interior de nuestro satélite y que creó una atmósfera temporal, de la que una parte pudo condensarse y caer sobre las zonas polares.
¿Por qué hay tan pocas zonas ocupadas por hielo? Es muy posible que si el hielo que encontramos en los cráteres más antiguos es verdaderamente antiguo, no siempre hayan estado en una zona donde siempre han existido estas condiciones que hacen los depósitos estables a lo largo del tiempo geológico, ya que la inclinación del eje lunar ha sufrido cambios que podrían haber dejado expuestos estos depósitos al la luz del Sol en determinados momentos de la historia de la Luna, y por lo tanto, haber provocado su sublimación, que junto con el efecto de los micrometeoritos, habrían provocado la desaparición de grandes cantidades de hielo.
Estudios como estos serán fundamentales de cara a identificar todos los posibles recursos a explotar en nuestro satélite de cara a futuros emplazamientos humanos.
Deutsch, Ariel N., James W. Head, and Gregory A. Neumann. “Analyzing the Ages of South Polar Craters on the Moon: Implications for the Sources and Evolution of Surface Water Ice.” Icarus, September 2019, 113455. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2019.113455.