¿Cuánto hielo tiene la Luna?

Por Daniel Marín, el 13 mayo, 2021. Categoría(s): Artemisa • Astronáutica • Astronomía • Luna • NASA ✎ 98

En los próximos años una multitud de sondas espaciales van a explorar el polo sur de la Luna. Incluso la NASA quiere que la primera misión tripulada del programa Artemisa se pose en las regiones antárticas de la Luna para, a más largo plazo, establecer una base en la zona. ¿Y por qué esta zona y no otra? Por las reservas de hielo que se almacenan en el regolito lunar. Ahora bien, ¿de cuánto hielo estamos hablando? La cantidad de estas reservas de volátiles es fundamental para poder estimar el tamaño de la futura economía lunar. La cantidad de hielo es difícil de estimar porque, a diferencia de lo que mucha gente cree, los depósitos helados no forman glaciares prístinos en el fondo de los cráteres que están en sombra permanente, sino que, por el contrario, se trata de hielo mezclado con el regolito lunar y, en muchos casos, situado a cierta profundidad. Pero vayamos al grano: los modelos actuales estiman que la cantidad de hielo en la Luna es de unas mil millones de toneladas.

Concepto de base lunar en el polo sur de la Luna del programa Artemisa (NASA).

Esta cantidad se divide en 735 millones de toneladas de hielo en el polo sur y 342 millones en las regiones árticas. Como vemos, las reservas estimadas de hielo del polo sur lunar son más del doble de las que se hallan en el polo norte, lo que explica el interés de todas las agencias espaciales por explorar esta zona. Los principales campos de hielo son las regiones de los cráteres Cabeus —163 millones de toneladas—, Shoemaker —328 millones— y Haworth —142 millones—, todos ellos situados en el polo sur. Por contra, en el polo norte la zona con más cantidad de hielo es la que se encuentra en el cráter Plaskett, con 75 millones de toneladas. Estos depósitos se cree que deben estar cubiertos por una capa de regolito de entre 10 y 40 centímetros de espesor, ya que el hielo puro no es estable a largo plazo, incluso teniendo en cuenta las gélidas temperaturas de los cráteres en sombra permanente de los polos. Estamos hablando de depósitos que tienen una edad de hasta dos mil millones de años, el tiempo requerido para que el agua procedente de los impactos de asteroides y cometas, además del que se forma por acción del viento solar, se acumule lentamente en las trampas de frío de los polos.

Depósitos de hielo en el polo norte de la Luna (izquierda) y el polo sur (derecha) (NASA/Grishakina et al.).
Los principales depósitos de hielo del polo sur lunar (NASA/Grishakina et al.).

Es muy posible que estos depósitos se extiendan hasta 2 metros de profundidad o más, aunque la principal incógnita es la cantidad de este hielo en proporción al regolito. Esto es un parámetro fundamental a la hora de planear las técnicas de extracción y la extensión de las «minas» lunares. Los modelos sugieren cifras de fracción de masa que van desde el 0,015% al 5% (o sea, en 100 gramos de regolito podríamos encontrar de 0,015 a 5 gramos de agua). Evidentemente, la horquilla es enorme. Con toda seguridad habrá zonas mucho más ricas en hielo, así que una prioridad de las futuras misiones será identificarlas. Por ejemplo, el cráter Cabeus, uno de los mayores depósitos de hielo de la Luna, se cree que tiene una fracción de masa cercana al 6% en hielo. Incluso en estos casos, la extracción del hielo para su uso por los astronautas de una base lunar o para generar combustible no será nada sencillo. De todas formas, hasta ahora solo se ha analizado directamente la cantidad de hielo en una zona de la superficie del polo sur lunar. Esta zona es, precisamente, el cráter Cabeus, donde la sonda LCROSS de la NASA se estrelló en 2009.

Posible distribución de la cantidad de hielo con la profundidad en las zonas de los cráteres permanentemente en sombra (NASA).
Potencia requerida para calentar una mezcla de regolito y hielo hasta 400 kelvin para extraer el agua en función de la fracción de masa en hielo. Para fracciones de masa inferiores a un 1% la extracción se torna casi imposible (Hibbits et al.).

Ahora bien, un error muy común es pensar que este hielo se encuentra solamente en los cráteres en sombra permanente. No es así. Aunque los fondos de estos cráteres son las zonas más favorables para la acumulación de estos depósitos, también puede haber hielo fuera de ellos, bajo el regolito, algo a tener en cuenta a la hora de clasificar estos depósitos. De hecho, es posible que haya otras reservas de hielo primigenio lejos de los polos. Este hielo se habría acumulado poco después de la formación de la Luna, cuando el eje de rotación era distinto al actual. La búsqueda de este hipotético hielo primigenio será el siguiente paso a la hora de identificar las reservas de hielo de nuestro satélite. Pero ¿cuánto hielo puede necesitar una futura base lunar? Pues para suministrar agua y oxígeno a una tripulación reducida se calcula que se necesitaría una tonelada al año, pero si además queremos usar este hielo para los sistemas de propulsión, es posible que sean necesarias entre diez y cien toneladas al año.

No solo agua: la Luna esconde muchos otros recursos (NASA).

Estos depósitos de hielo no deben confundirse con otras reservas de «agua» lunar, que están dentro de minerales hidratados o que se forman por la acción del viento solar en el hemisferio iluminado. Estas reservas no son, a día de hoy, viables desde el punto de vista de su extracción como recurso local. En los próximos años, una de las prioridades de todas las misiones que explorarán la Luna será cuantificar la cantidad precisa de hielo y la calidad del mismo. Con tantas misiones planeadas, no sería de extrañar que seamos testigos de una «fiebre del agua» lunar.

Referencias:

  • https://www.lpi.usra.edu/lunar/strategies/KleinhenzEtAl_NASA-TM-20205008626_ISRU%20MeasurementStudy.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1882.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/2759.pdf
  • https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/2690.pdf


98 Comentarios

  1. Personalmente, haría el esfuerzo de subir el agua que necesitamos, en vez de aprovechar el que existe. Hasta que no sepamos aprovechar con más eficacia el existente. Otra cosa es Marte que tiene agua para dar y tomar y los viajes son más complicados.

    1. Claro, nos llevará mucho tiempo aprovechar el agua lunar, tampoco nos vengamos arriba.
      Marte tiene mucha agua… lo que no tengo claro es que la base marciana la podamos poner en un sitio con agua accesible.

        1. sí, siempre hay que reponer pérdidas. No es un ciclo cerrado perfecto, ni mucho menos. Tampoco creo que puedas fiarte al 100% en el reciclado, necesitas un stock por si acaso.

          1. Por supuesto considero que se necesita stock. Lo de la ISS es un sin-vivir. Tienes que poder lavar la ropa, beber algo que no sea el paso anterior al meado … y no sé cuantas limitaciones más que deberían estar olvidadas. Más en la luna. Espero que creen un ambiente cómodo en la luna para los astronautas, no un tour de force lleno de sacrificios.

          2. Disculpa. La verdad es que no sé lo que quiero decir. No sé nada al respecto. 730 millones de toneladas de agua parece mucho. Debo macerar las ideas.

  2. Abrire este Hielo, digo Hilo.

    Una entada muy REFRESCANTE ! y..

    Observando la tabla de los datos de superficie y toneladas de agua/hielo de los cráteres del Sur he tenido la tentación de saber quien ganaría esta carrera, la de mayor concenttraciónde hileo, y de entrada he querido comparar a Scott con Amundsen …. pero tanto estos como los demás cráteres tienen una concentración de hielo / km2 muy similar, alrededor de 169,29 Mt, con los datos que se muestran y sospecho que todo ha sido «estimado».

    Algo se nos oculta porque es muy probable que, como dice Daniel, unos lugares tengan mayor concentración que otros, o bien estas zonas son pequeñas y en conjuntos grandes, como todo el cráter, se igualan.
    Creo que hay «regohielito encerrado» en esta estimación y no nos permite decir que cráter tiene la mayor concentración. Sospecho que no nos lo van a decir por si vamos y nos instalamos allí con la tienda y el calentador a pasar una temporada.

    Vaya de paso un recuerdo y quitada de sombrero por su arrojo, para aquellas expediciones del hombre en nuestro propio Polo Sur. ( Robert Falcon Scott y Roald Amundsen). Allí lo raro era encontrar algo que no fuera hielo.

    https://historia.nationalgeographic.com.es/a/tragedia-capitan-scott-carrera-polo-sur_15064

  3. Muchas gracias por este genial post Daniel! Tengo dos observaciones:

    1) Te dal forma que una hipotética colonia lunar ubicada en el polo sur hacia el 2070, de 1000 personas, daría para 142 años. O sea, que si en el siglo XXII tenemos ciudades lunares (de cientos de miles de personas) lo complicado sería sostenerlas en el largo plazo, pues sus tiempos de vidas serían entre 100 y 250 años.

    2) Pienso que la mejor forma de extraer agua del regolito es por métodos térmicos. Parecido a lo que vi una vez querían hacer con asteroides. Construyes una cámara inflable en la Luna, que rote, y la llenas de regolito; sus paredes se calientan, y por presión y movimiento agitan para que el agua evaporada salga fácilmente y esto se extrae a un procesador. Vaya, como una buena mezcladora de cemento.

    El escenario que planteas daniel, espero verlo hecho realidad en la década de los 30´s, pienso que es muy probable. Si Space X aterriza en Marte en 2028, NASA pasará a priorizar una colonia lunar (aliada con ESA) y apoyará de cierta forma una base marciana, ya sea contratándolos cómo servicio de transporte. Hay posibilidades reales.

    1. El amanecer y el renacimiento llegarán el día en que se callen los maleducados que solo comentan sus tirrias y que faltan a los demás sin motivo.

  4. No entiendo el problema de extracción de hielo para su aprovechamiento tanto industrial como humano (muchos procesos industriales necesitan agua)

    En la tierra se realizan innumerables procesos de recuperación de aguas con todo tipo de contaminantes, y creo que tanto estas como las tecnologías de recuperación como de aprovechamiento de agua están muy desarrolladas. ¿No recupera la ISS la mayor parte del agua que consume?

    Más que el problema técnico, pudiera ser un problema de costo (instalación y energía) por lo que mas importante seria un eficiente aprovechamiento que evite despilfarro y perdidas.

    Creo que la cantidad de hielo no sera problema a corto. Y habrá otros problemas mucho peores. El regolito si me parece un problema peor para cualquier proceso industrial mecánico.

    Una idea errónea es que el agua solo es necesaria para la vida, y desde luego es muy necesaria en multitud de procesos industriales y químicos, y probablemente lo seguirá siendo ya que al parecer es bastante abundante en la mayoría del Sistema Solar (en forma de hielo)

Deja un comentario