La sonda lunar Resource Prospector: ¿por qué la Luna tiene menos hielo que Mercurio?

Desde los años 90 sabemos que hay hielo en los polos de la Luna, una afirmación que a priori es cuanto menos sorprendente. ¿Cómo es posible que exista hielo en un mundo sin atmósfera y cuya temperatura diurna sobrepasa ampliamente los 100 ºC? Pues es sencillo: el hielo se encuentra en el fondo de los cráteres de las regiones polares a los que nunca llega la luz del Sol. O sea, las regiones en sombra perpetua. Este hecho es bastante conocido, pero lo que poca gente sabe es que la Luna tiene muy poco hielo comparado con Mercurio. ¿A qué se debe esta diferencia? Para saberlo primero tenemos que estudiar el hielo lunar en detalle usando una sonda sobre el terreno. Y esto es precisamente el objetivo del rover Resource Prospector de la NASA.

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El rover de la NASA Resource Prospector investiga el polo sur de la Luna (NASA).

El misterio del déficit del hielo lunar se confirmó cuando la sonda MESSENGER observó las regiones polares de Mercurio y analizó sus depósitos de hielo. Si uno mide el área de las zonas que se encuentran en sombra perpetua y a una temperatura por debajo de 100 kelvin (por encima de esta temperatura el hielo no es estable en el vacío y se sublima) en la Luna y Mercurio encontramos que es de 26.000 kilómetros cuadrados para nuestro satélite y 7.000 kilómetros cuadrados para Mercurio. Es decir, podríamos esperar cuatro veces más hielo en la Luna que en Mercurio.

Post - September 2013 (6) - 2
Cráteres del polo norte de Mercurio con hielo en su superficie (NASA).

La diferencia es todavía más llamativa si incluimos las zonas bajo la superficie en las que el regolito es capaz de proteger el hielo y mantenerlo por debajo de 125 K. En este caso las reservas de hielo lunar podrían cubrir hasta 240.000 kilómetros cuadrados y las de Mercurio 50.000 kilómetros cuadrados. O lo que es lo mismo, la Luna debería tener cinco veces más hielo que Mercurio.

Pero no es así. Ni de lejos. Los datos de las sondas Lunar Prospector, LCROSS, Chandrayaan y Lunar Reconnaisance Orbiter indican que las reservas de hielo polar en la Luna son muy escasas. De hecho, hasta donde sabemos Mercurio tiene 40 veces (!) más hielo que la Luna. Y si incluimos las posibles reservas bajo el regolito Mercurio podría tener hasta 400 veces más (!!). De forma más visual, las reservas de hielo de Mercurio formarían una esfera de 4,6 kilómetros de diámetro, mientras que las reservas de la Luna nos darían para una esfera de apenas 630 metros. Para colmo, el hielo de Mercurio se encuentra en la superficie de los cráteres formando depósitos muy puros en algunas zonas, mientras que en la Luna está totalmente mezclado con el regolito.

Zonas del polo sur lunar donde se estima que el hielo puede alcanzar el 20%-40% de la composición del regolito (NASA).
Zonas del polo sur lunar donde se estima que el hielo puede alcanzar el 20%-40% de la composición del regolito (NASA).

¿A qué se debe esta diferencia? Una posible explicación es que Mercurio se encuentra mucho más adentro en el pozo de gravedad del Sol y recibe hasta cincuenta veces más impactos de cometas que nuestro satélite. Además, la mayor gravedad de Mercurio y la existencia de una potente magnetosfera retiene los volátiles de forma más efectiva que en el caso de la Luna. Por contra, existen evidencias que apuntan a que el eje de la Luna ha cambiado drásticamente desde su formación, por lo que las actuales regiones polares no habrían sido tales durante los inicios del sistema solar y el hielo lunar primigenio se habría perdido al espacio.

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Factores a la hora de estudiar el hielo polar (NASA).

Pero hay muchas cosas que desconocemos. Por ejemplo, ¿cómo de puro es el hielo lunar? Los datos de la sonda de impacto LCROSS indican que el hielo superficial del fondo de los cráteres está muy mezclado con el regolito, con una pureza de solo el 4% o el 5%. Pero no se puede descartar que no existan ‘vetas’ de hielo puro bajo la superficie o, al menos, zonas con una mayor concentración de hielo. Para averiguar estos misterios se ha propuesto enviar la sonda Resource Prospector, un rover capaz de estudiar la distribución del hielo del polo sur lunar.

Rover Resource Prospector (NASA),
Rover Resource Prospector (NASA),

Por ahora es una simple propuesta, pero en los últimos meses se ha hablado mucho de esta misión dentro del esfuerzo actual de la NASA para que la administración Trump apoye la exploración lunar. Relacionada con esta iniciativa tenemos propuestas más avanzadas que hacen uso del hielo lunar como recursos locales (ISRU), como es el caso del recientemente presentado Blue Lander de la empresa Blue Origin. Pero, obviamente, antes de explotar el hielo lunar hay que conocer sus características, de ahí el interés de misiones como Resource Prospector.

Zona de aterrizaje de Resource Prospector (NASA).
Posibles zonas de aterrizaje de Resource Prospector (RP) (NASA).

Con el fin de averiguar la existencia de hielo, el rover Resource Prospector dispondría de dos instrumentos principales. El primero sería NSS (Neutron Spectrometer Subsystem), un detector de neutrones que comprobará la presencia de minerales ricos en hidrógeno y, por tanto, de hielo. El siguiente instrumento es NIVSS (Near Infrared Volatiles Spectrometer System), un espectrómetro infrarrojo que estudiará la variación en composición de la superficie durante las operaciones del taladro. Y es que para saber si existe o no hielo bajo la superficie obviamente el rover deberá estar provisto de un taladro que pueda alcanzar hasta un metro de profundidad.

Taladro de Resource Prospector (NASA).
Taladro de Resource Prospector (NASA).

Las muestras extraídas por el taladro pasarán al sistema OVEN (Oxygen and Volatile Extraction Node), que, como su nombre indica, es un horno que calentará las muestras a 150º C en búsqueda de volátiles, o sea oxígeno, hidrógeno, helio, dióxido de carbono, monóxido de carbono, amoniaco, metano, nitrógeno, etc., además de, lógicamente, agua (hasta un 0,5% de composición). Los gases emitidos por OVEN serán analizados por el instrumento LAVA (Lunar Advanced Volatile Analysis), un espectrómetro o cromatógrafo de gases.

Comparativa entre el rover y otros RP y otros rovers de la NASA (NASA).
Comparativa entre el rover y otros RP y otros rovers de la NASA (NASA).
Vista del rover según su diseño de 2015 (NASA).
Vista del rover según su diseño de 2015 (NASA).
Otra vista del rover (NASA).
Otra vista del rover (NASA).
Original sistema de aterrizaje de Resource Prospector (NASA).
Original sistema de aterrizaje de Resource Prospector (NASA).

La NASA tiene la esperanza que Resource Prospector sea aprobada como una misión específica de tipo Discovery y que pueda ser lanzada en 2020 mediante un Falcon 9 por un precio inferior a los 250 millones de dólares (solo el rover). Por el momento es solamente una propuesta en Fase A, pero ya se han construido varios modelos a escala tanto del rover como de los distintos subsistemas. La agencia espacial japonesa JAXA y Taiwán se han mostrado dispuestos a colaborar en la misión. El rover tendría una masa de 300 kg, lo que lo situaría en una categoría superior a la de los MER Spirit y Opportunity (180 kg) o el rover lunar chino Yutu (120 kg). La masa de la sonda, con el sistema de aterrizaje incluido, alcanzaría las cinco toneladas. Estaría alimentado por un panel solar inclinado casi 90º para compensar la poca elevación del Sol en las regiones antárticas de nuestro satélite y que sería capaz de generar hasta 300 vatios de potencia. Las dimensiones del rover serían de 1,4 x 1,4 x 2 metros. La misión primaria duraría entre 6 y 14 días, aunque se contempla la opción de que pueda sobrevivir a la noche lunar.

De ser aprobada, Resource Prospector sería el primer rover automático estadounidense en llegar a la Luna, pero el quinto a nivel mundial tras los Lunojod 1, Lunojod 2, Yutu (Chang’e 3) y el rover chino de la Chang’e 4. Y eso sin contar el rover de la misión india Chandrayaan 2 o los de la iniciativa Moon X Prize. Pero, eso sí, será el primero que se dedique exclusivamente a buscar hielo en las regiones polares. Gracias a Resource Prospector podremos saber si, efectivamente, la Luna tiene menos hielo que Mercurio y por qué. Y una vez localizado, este hielo podrá servir para mantener una base tripulada lunar o como combustible para naves, tanto automáticas como tripuladas, que se muevan por el sistema solar interior.

Emblema de la misión (NASA).
Emblema de la misión (NASA).

Referencias:

  • https://www.hou.usra.edu/meetings/leag2015/presentations/Wednesday/Andrews.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/leag2016/presentations/Wednesday/Colaprete.pdf
  • https://www.nasa.gov/resource-prospector/

25 Comentarios

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RobertSmithRobertSmith

Una misión poco conocida pero tremendamente interesante. Si en el futuro queremos tener bases en la Luna es necesario saber dónde y cuánto hielo de agua podremos obtener con tecnologías ISRU.
Y éste es el primer paso ( de muchos).

JofaserimonJofaserimon

“encontramos que es de 26.000 kilómetros cuadrados para nuestro satélite y 7.000 metros cuadrados para Mercurio”

Serán 7.000 kilómetros cuadrados, no?

Gadiel Jellinok Guzman SandovalGadiel Jellinok Guzman Sandoval

Que interesante! Ya era hora de estudiar ese hielo lunar in-situ. Es una gran opción como sonda de tipo Discovery. Imaginen las posibilidades de encontrar vetas de hielo puras en la luna…

CavalieryCavaliery

Una consulta… en las muestras de las misiones Apolo, no se encontró rastros de agua?
No trajeron muestras de “cráteres oscuros”?

Federico GonzalezFederico Gonzalez

el hielo de los cráteres oscuros solo está en los polos lunares, en las misiones apolo, siempre se aterrizo en el ecuador lunar, ahí no existen los cráteres oscuros con hielo. ninguna misión apollo aterrizo en los polos lunares

TACusterTACuster

4 a 5 % entre el regolito!!!
Olvidalo Joe, entre la energía para extraer ese tan bajo porcentaje y que además está en los polos y brilla poco el sol (paneles solares con bajo rendimiento). Se complica mantener una colonia por aquellos lares.

TACusterTACuster

Si bueno, Daniel me entusiasma tu optimismo.
Pero a menos que encuentren 1 metro de escarcha en digamos 140º de la pared de algún crater grande(*), lista para ser procesada (**), las sigo viendo difícil.
Recuerda que allá no hay dinámica de la geología, no hay placas tectonicas, que “compacten” y “concentren” elementos en filones y vetas, como acá y tan fácilmente aprovechables. Si hay que estar removiendo una tonelada de regolito para sacar 4 litros de agua, pues se complica, no digo que sea imposible. Pero a groso modo necesitas remover media tonelada por día, para mantener un ser humano vivo allá. Eso es mucha energía, incluso con un sistema robotico automatizado. Ahh eso sin hablar del combustible para retornar ni tampoco algún habitab autosustentable.

*En penumbra ó no, un hielo de ese tamaño refulgiría lo suficiente para salir en algúna foto de las que se han tomado y eso no ha pasado o por lo menos que yo sepa, si tienes más info sobre eso encantado.

**Procesable en el orden de que no venga cargadita con alguna partícula de más y termine indigestando XDXDXD.

Saludos.

PD, capaz que te lo he dicho anonimamente, pero lo vuelvo a repetir, me encanta tu blog, sigue que nos apasiona lo que haces.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

Creo que te has pasado una magnitud. 4% son 4 litros por 100kg. Si le damos a Joe una pala, yo creo que da. 😉
Desde cuando el sol en la luna brilla poco? Además, en el polo sur se consiguen zonas iluminadas continuamente. Se pone el panel en un mástil y se gira poco a poco.

De todas maneras el “moon village” no va a ser tarea fácil, los “opportunities” no van a durar 10 años.

Blue_hypergiantBlue_hypergiant

La energía que da el Sol sobre un panel en la Luna situado en el polo debería ser igual que si estuviera en el ecuador, ya que no hay atmósfera. ¿Me equivoco?

Blue_hypergiantBlue_hypergiant

Siempre que se ponga perpendicular a los rayos del Sol, claro.

TACusterTACuster

Pues si se me ha colado un 0 hehehehehe (facepalm)
Que bien entonces Joe podría estar apaleando toda la mañana para conseguir el agua para refrescarse, hummmm ok. Puede que si, me gusta más.

Ahora con respecto a los paneles solares, se supone que donde está el hielo son zonas de sombras perpetuas por la inclinación del eje lunar, no? Como me quedó la duda después de los comentarios de Blue_hypergiant pues me fui a lo que tengo a mano el Google Earth, puse Luna y a girarla, notaran que las zona de crateres comunmente señaladas como la de grandes cantidades de hielo, se mantiene a oscuras. Difícil que un panel solar trabaje a plena potencia ahí, no digo que NO trabaje, solo que podrá estar al 50, 60% del rendimiento lo q significa el doble de paneles para cualquier cosa q haya que alimentar.

Gracias por responder y corregir, saludos.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

Bueno se da la situación de que los cráteres del polo sur como el Shackelton son muy interesantes. En el border tienen zonas permanentemente iluminadas en una especie de atardecer permanente. Algo así como el sol de media noche en las regiones árticas pero con toda la potencia ya que no hay atmósfera. Por la misma razón, a la que te metes dentro del crater la luz no llega y permite que el hielo se mantenga. Con 21km de diámetro y 4.2 de profundidad sería un sitio chulo para montar una base lunar medio autosuficiente.

TACusterTACuster

Googlee el crater de marras que dices Jimmy y pues la sigo viendo difícil.
En el 1999 Lunar Prospector aterrizó en las cercanías, bueno vamos que mejor impactó en las cercanías con la idea de levantar algo de la superficie que se pareciese a agua ó hielo, pero nones desde acá no se observó nada.
Después en 2008 los Indúes (disculpen pero no me acostumbro de decirles Indios) mandaron una sonda hasta con un espectrómetro de masas, aterrizó en las cercanías eso si y bueno tampoco nada de nada.
La idea era que como el crater desprende hidrogeno, podría haber agua, pero por lo visto y como en esas dos misiones nadie dijo “Eureka encontramos agua”, pues dejame en la duda de nuevo :(
Dicho sea de paso, Daniel siempre nos deleita con todas esas misiones de exploración que solo quedan en un bonito Power Point. Lo digo porque me sorprende que debería haber sido prioritario para todo el Mundo, mandar una sonda que aterrizara dentro de Shackelton ó algún otro crater parecido y poder escarbar 2mts y ver si definitivamente hay agua por allá.

Cosas como esta me dejan pensando que en vez de investigar la practicidad de tener agua en la Luna (vamos que acá nomás) mandan una sonda a Marte y hacen el ridículo porque el software se quedó corto con las bamboleadas.
De derrochar dinero va la cosa.
Saludos.

TACusterTACuster

Valgame Dios yo tampoco soy experto en el tema, solo ávido lector con un diplomita colgado de la pared, pero de nada importante.
Buenas
Releyendo esta tertulia, me doy cuenta que cualquier misión a un crater de estos necesita un orbitador para retrasmitir los datos a la Tierra más una sonda que sea capaz no solo de aterrizar en el crater (se gasta mucho combustible maniobrando) sinó también escarbar y/o taladrar una buena profundidad y todo esto sin poder usar paneles solares que estarían casi de adorno, ósea a energía interna. Unas muy buenas y grandes baterías ó algun reactor de esos que ya no se fabrican más. Ergo unos costos importantes tipo “Flag mission” ó algo así.

A lo que voy con esto es que me queda esa extraña é incordiante sensación de fastidio. Al ver que una sonda queda dando rebotes contra el asteroide que trató de aterrizar y la otra sonda directamente se impacto contra la superficie de Marte y no se manda nada a la Luna.

Todo queda dentro de investigación, pero sin duda un proyecto más “modesto” por lo menos obtendría resultados completos y más practicos de cara al futuro y no simplemente el conocimiento científico per se. Por eso la sensación de derroche que mencionaba antes.

Saludos.

olanzapinaolanzapina

De confirmarse la baja cantidad de agua. ULA y blue origin lo tienen mal con sus planes lunares.

TxemaryTxemary

Hombre pues con la escasa o nula “enegía” que el entorno le aportaría a una evetual vida, la verdad es que no parece un sitio nada especial para encontrar vida, ni muchísimo menos, hielo hay en muchísimos sitios del sistema solar…

U-95U-95

Sería bonito aunque desde luego extremadamente difícil que encontrara algo “vivo” en el hielo (y “vivo” me refiero a esporas bacterianas en el mejor de los casos). Soñar es gratis.

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