El suelo lunar es la fina fracción de regolito encontrada en la superficie de la Luna. Sus propiedades pueden diferir significativamente de la superficie terrestre. Las propiedades físicas de la superficie lunar son básicamente el resultado de la desintegración mecánica de rocas basálticas y anortosita, causada por continuos impactos de meteoros y el bombardeo interestelar de partículas atómicas cargadas durante millones de años. El proceso es, en gran medida, de meteorización mecánica en la cual las partículas se vuelven cada vez más finas con el paso del tiempo. Esta situación contrasta radicalmente con la formación de la superficie terrestre, la que es mediada por la presencia de oxígeno molecular, humedad, viento atmosférico, y una profunda influencia del proceso biológico desarrollado sobre la misma. Algunas personas han argumentado que el término "suelo" no es correcto en el caso de la superficie lunar, dado que en la tierra lo que se comprende por "suelo" posee materia orgánica, elemento no presente en la Luna. De todas formas, el estándar de uso científico tiende a ignorar esta distinción.
El término suelo lunar es frecuentemente usado indistintamente junto con el de "regolito lunar", sin embargo, éste generalmente refiere solo a la delgada capa de regolito, la que se compone de gránulos menores a un centímetro de diámetro. El término polvo lunar generalmente refiere a una consistencia de materiales aún más finos en comparación al presente en el suelo lunar. Aunque no hay una definición clara sobre el tamaño de las fracciones constituyentes del "polvo", se refiere en algunas fuentes diámetros menores a 50 micrómetros, y en ocasiones, a 10 micrómetros.
Gran parte de los procesos involucrados en la formación del suelo lunar son:
Estos procesos no solo da como resultado el suelo lunar, si no que también continúa el cambio físico y óptico de las propiedades del suelo lunar a través del tiempo, este proceso es conocido como erosión espacial.
Además, el proceso de fuente de lava, por el cual la lava volcánica sale despedida y se enfría en pequeñas gotas cristalizadas antes de bajar a la superficie, puede crear depósitos importantes en algunos lugares, como el suelo naranja encontrado en el Cráter Shorty en el valle de Taurus-Littrow por la misión Apollo 17 y las cristalizaciones verdes encontradas por la misión Apollo 15 en Hadley-Apeninos. Se cree que estos depósitos de gotas de lava son el origen de los depósitos de manto oscuro (DMD, por sus siglas en inglés Dark Mantle Deposits) en otras zonas de la Luna.
El suelo lunar se compone de varios tipos de partículas, entre los que se encuentran fragmentos de roca, fragmentos monominerales y distintos tipos de vidrios, incluyendo partículas aglutinadas y gotas creadas por volcanes e impactos. Los aglutinados se forman por impactos de micrometeoritos en la superficie lunar, lo que funde y fusiona a pequeña escala materiales adyacentes con minúsculos fragmentos de hierro metálico. Este hierro se encuentra incrustado en la cáscara vidriosa de cada partícula de polvo.
Con el paso del tiempo, los materiales del suelo se mezclan tanto en vertical como en horizontal (a través de un proceso denominado "jardinería") por los procesos ocurridos tras los impactos. Sin embargo, la contribución de material a gran distancia es relativamente menor en cantidad, por lo que la composición del suelo en un lugar reflejará mayoritariamente la composición de la base rocosa de ese lugar.
Existen dos enormes diferencias entre la química del regolito lunar y la del suelo formado de materiales terrestres. Primeramente, la Luna cuenta con un ambiente extremadamente árido. Por ello, algunos materiales que cuentan con el agua como parte de su estructura, como son la arcilla, la mica y los anfíbol no existen en la Luna. La segunda diferencia es que el regolito lunar y su corteza se reducen por el proceso químico de reducción-oxidación, al contrario que la corteza terrestre, que principalmente sufre oxidación. En el caso específico del regolito lunar, esto ocurre, al menos en parte, por el bombardeo constante de Hidrógeno (H) proveniente del viento solar que sufre la superficie lunar. Una consecuencia de esto es que el hierro presente en la Luna se encuentra en el estado metálico 0 y en el de oxidación +2, mientras que en la Tierra se encuentra principalmente en los estados de oxidación +2 y +3.
La importancia de obtener conocimientos sobre las propiedades del suelo lunar es significativa. El potencial para construir estructuras, sistemas de transporte por tierra y sistemas de gestión de residuos, por poner algunos ejemplos, dependerá de los datos obtenidos de la experimentación con muestras de suelo lunar. La capacidad de soporte de peso del terreno es un parámetro vital en el diseño de dichas estructuras en la Tierra.
Debido a la infinidad de impactos de meteoritos (con velocidades alrededor de 20 km/s), la superficie lunar está cubierta con una fina capa de polvo. Este polvo está cargado eléctricamente, y se pega a la superficie de lo que toca. El suelo se vuelve muy denso debajo de la capa superior de regolito.
Otros factores que pueden afectar las propiedades del suelo lunar incluyen análisis térmicos diferenciales de temperatura, la presencia de vacío, y la ausencia de un campo magnético significativo en la Luna (lo que permite a las partículas cargadas del viento solar chocar continuamente con la superficie de la Luna). Una fuerza gravitatoria menor y la ausencia de presión atmosférica son factores adicionales que afectarán al diseño de las estructuras en la superficie de la Luna.
Desde junio de 1971, momento en el que Harold Slusher publicó un artículo en la revista Creation Research Society Quarterly, muchos creacionistas que creen en la teoría de que la Tierra es joven argumentaron que no existe tanto polvo cósmico en la superficie lunar como se podría esperar de una Luna que lleva 4.5 mil millones de años existiendo. Entre los creacionistas que mencionan este argumento se incluye Kent Hovind. Sin embargo, como ya argumentó Answers in Genesis, una iglesia apologética cristiana, este argumento se basa en la estimación de que se acumulaban 39.150 toneladas de polvo lunar al día. Ya se comprobó que este cálculo estaba anticuado y era demasiado exagerado: medidas más recientes llevadas a cabo con satélites muestran una acumulación de 60 toneladas al día en la Tierra, lo que implicaría una acumulación de 2.3 toneladas al día en la Luna. También se mostró miedo ante la posibilidad de que los astronautas de la misión Apollo se hundieran en enormes cantidades de polvo, debido a la velocidad a la que esta se acumulaba. Sin embargo y como indicó Steven Shore, "En 1965, se llevó a cabo una conferencia sobre la naturaleza de la superficie lunar. +La conclusión que se extrajo tanto de las propiedades ópticas de difusión de luz observadas desde la Tierra como de las primeras fotos del Ranger fue que no existía ninguna evidencia de que exista una amplia capa de polvo".
Hay señales de que la Luna puede tener una ligera atmósfera de partículas de polvo en movimiento. Estas suben y bajan constantemente de la superficie de la Luna, creando una "atmósfera de polvo" que parece inmóvil pero se compone de partículas de polvo en movimiento constante. 'El término "fuente lunar" se usa para describir este efecto por analogía con los chorros de moléculas de agua en una fuente, que parecen no moverse al seguir una trayectoria balística debido a la continuidad del chorro. Según un modelo propuesto en el 2005 por Timothy J. Stubbs, Richard R. Vondrak y William M. Farrell del Laboratorio de Física Extraterrestre, situado en el Centro del Vuelo Espacial Goddard de la NASA, este fenómeno ocurre por la levitación. En el lado de la Luna que recibe luz solar, los rayos rayos X y ultravioletas cuentan con la suficiente energía para quitar electrones a los átomos y moléculas del suelo lunar. De esta manera la superficie se carga positivamente hasta que las partículas más minúsculas de polvo lunar (aquellas de un micrómetro o menos) son lanzadas al aire por repulsión. Estas partículas pueden alzarse desde metros a kilómetros, con las partículas más pequeñas alcanzando mayor altitud. Finalmente caen a la superficie, donde se repite el proceso. En el lado que no recibe luz, el polvo lunar se carga negativamente debido al viento solar El modelo de las fuentes lunares indica que el lado que no recibe luz solar se cargaría a voltajes más altos que el lado que sí la recibe, lo que posiblemente lanzaría estas partículas de polvo lunar a mayor velocidad y altitud. Este efecto podría verse aumentado durante la parte de la órbita Lunar en la que ésta pasa a través de la magnetocola de la Tierra; para más información véase campo magnético lunar. En el terminador se podrían formar importantes campos eléctricos horizontales entre la zona iluminada y la que no. Esto podría causar una transferencia de polvo lunar horizontal (una especia de "tormenta lunar").
Este efecto lo anticipó el autor de ciencia ficción Hal Clement en su relato corto "Dust Rag", publicado en la revista Astounding Science Fiction.
En 1956, el científico americano Thomas Townsend Brown también pudo haber predicho [aclaración requerida] un ciclo similar de subida y bajada del polvo lunar sometido al efecto fotoeléctrico (además de especulación controvertida y todavía sin resolver sobre las inusuales propiedades gravitatorias del polvo lunar, interés que mantuvo durante toda su vida).
Existen algunas pruebas de la existencia de este efecto. A principios de la década de los 60 y antes de la misión Apollo 11, la sonda lunar Surveyor 7 y otras sondas lunares que aterrizaron en la Luna enviaron de vuelta Además, el distante horizonte entre la tierra y el cielo no se veía nítida, como se hubiera esperado en un vacío donde no había neblina atmosférica. En 1972, los astronautas de la misión Apollo 17 vieron y dibujaron varias veces lo que llamaron "bandas", "cintas" o "rayos crepusculares", durante los 10 segundos previos al amanecer y a la puesta de sol en la Luna. Los astronautas de las misiones Apollo 8, 10 y 15 también informaron de que habían visto estos rayos. Este fenómeno podría ser similar a los rayos crepusculares de la Tierra.
La misión Apollo 17 también estableció un experimento en la superficie de la Luna llamado LEAM, acrónimo de Lunar Ejecta and Meteorites (expulsión de material lunar y meteoritos). Se diseñó con la idea de observar el polvo levantado por el impacto de pequeños meteoroides con la superficie lunar. Contaba con tres sensores que registraban la velocidad, energía y dirección (uno de cada, apuntando hacia arriba, al este y al oeste) de las partículas minúsculas de polvo. El LEAM observaba una gran cantidad de partículas de polvo cada mañana que generalmente provenían del este o del oeste (en vez de por arriba o por abajo) y a velocidades más lentas de las que se esperaban a causa de la expulsión de material por impactos en la superficie lunar. Cada día, horas después del amanecer lunar, la temperatura del experimento aumentaba a casi 100 grados centígrados, por lo que se apagaba el LEAM para evitar que se sobrecalentara. Se especuló sobre la posibilidad de que este sobrecalentamiento ocurriera debido al polvo lunar cargado eléctricamente, que se adhería al paquete del experimento y absorbía la luz solar, en vez de reflejarla.
También se cree que estas tormentas han podido ser observadas desde la Tierra: desde hace siglos, se ha hablado de extrañas luces brillantes en la Luna, conocidos como "fenómenos lunares transitorios"" o TLPs por sus siglas en inglés. Algunos de estos fenómenos se observan como destellos, que en la actualidad ya se creen como evidencia visible del impacto de meteoritos en la superficie lunar. Otros se veían como brillos rojos o blancos amorfos, o incluso como regiones oscurecidas con niebla que cambian de forma o desaparecen en cuestión de minutos o segundos. Estas nubes pueden ser resultado de la luz solar reflejándose en partículas de polvo lunar suspendidas en la atmósfera.
Hay preocupaciones de que el polvo lunar pueda tener efectos perjudiciales tanto en la tecnología de un asentamiento en la luna como en la tripulación que la mantenga:
Se deberían utilizar los principios de la higiene astronáutica para evaluar los riesgos de la exposición al polvo lunar durante la exploración de la superficie lunar y de ahí determinar las medidas más apropiadas a aplicar para controlar la exposición a este polvo. Entre estas medidas podemos incluir deshacerse del traje espacial en una cámara de descompresión de tres fases, "aspirar" (eliminar las partículas) del traje con un imán antes de quitárselo y utilizar la ventilación de las instalaciones con un filtro de partículas de alta eficiencia para eliminar cualquier polvo lunar en la atmósfera de la nave espacial.
Las propiedades dañinas del polvo lunar todavía no se conocen en profundidad. Sin embargo, basado en resultados de estudios hechos con polvo lunar en la Tierra, se cree que la exposición al polvo lunar resultará en mayores riesgos para la salud tanto por la exposición directa (trastornos agudos) como por exposición a largo plazo (trastornos crónicos). Esto se debe a que el polvo lunar es más reactivo químicamente y tiene un área de superficie más grande y con filos más serrados que el polvo de la Tierra. Si estas partículas reactivas químicamente entran en los pulmones pueden causar trastornos respiratorios. La exposición a largo plazo a este polvo puede causar trastornos respiratorios graves como la silicosis. Durante la exploración lunar, los trajes de los astronautas se contaminarán con polvo lunar. Este polvo quedará en la atmósfera cuando los astronautas se quiten los trajes. Entre los métodos que se podrán usar para evitar la exposición al polvo lunar están un aumento de la tasa de circulación de aire en las cámaras de descompresión, el uso de un traje espacial con dos capas, escudos contra el polvo lunar, la separación magnética de alto nivel o el uso de energía solar para sinterizar y fundir el regolito.
Concentraciones relativas de diversos elementos químicos en la superficie lunar
Concentraciones relativas (% en peso) de diversos elementos químicos en las tierras altas lunares, en las tierras bajas lunares y en la Tierra
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