9.3: La luna sin aire

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En los siglos posteriores a los descubrimientos de Galileo, la Luna fue ampliamente estudiada por astrónomos utilizando telescopios. Una cosa pronto quedó clara: no tenía atmósfera. Cuando una estrella fue eclipsada por la Luna, desapareció repentinamente y su luz no mostró refracción ni absorción por una atmósfera.

¿Por qué? Por las leyes del movimiento, la Luna orbita no el centro de la Tierra, sino el centro de gravedad de la Tierra y la Luna (esto se discute en http://www.phy6.org/stargaze/Skepl1st.htm#q201, y el centro de gravedad se define en http://www.phy6.org/stargaze/Srocket.htm). La ubicación de ese punto permite a los astrónomos deducir la masa de la Luna, y a partir de eso, la atracción de la gravedad de la Luna. En la superficie de la Luna, resultó, la gravedad es solo 1/6 tan fuerte como en la superficie de la Tierra.

La gravedad es importante para la retención de una atmósfera. Mantiene una atmósfera baja, mientras que el calor es lo que puede hacerla escapar.

El calor está relacionado con el movimiento atómico o molecular. En sólidos y líquidos, los átomos o moléculas pueden vibrar alrededor de su posición promedio. Cuanto mayor es la temperatura del objeto, más vigoroso es el movimiento, hasta que el material hierve o se evapora, momento en el que sus partículas se agitan por completo. En un gas los átomos y las moléculas vuelan aleatoriamente, colisionando constantemente (si el gas es tan denso como lo es en la atmósfera), y sus colisiones conducen a una muy buena explicación (“la teoría cinética de los gases”) de las propiedades observadas de un gas.

La velocidad promedio de una molécula de gas depende de la temperatura del gas, y a temperatura ambiente es comparable a la de la bala a exceso de velocidad, bastante por debajo de la “velocidad de escape” necesaria para escapar de la gravedad de la Tierra. Sin embargo, eso es solo un promedio: se espera que las velocidades reales se distribuyan alrededor de esa media, siguiendo la “distribución maxwelliana” derivada por primera vez por James Clerk Maxwell, a quien volvemos a encontrarnos en el descubrimiento de la teoría de tres colores de la luz (http://www.phy6.org/stargaze/Sun4spec.htm#q1C) y la predicción de ondas electromagnéticas (http://www.phy6.org/stargaze/Sun5wave.htm#q38A). Según esa distribución, unas pocas moléculas siempre se mueven lo suficientemente rápido como para escapar, y si pasan a estar cerca de la parte superior de la atmósfera, moviéndose hacia arriba y evitando más colisiones, tales moléculas se perderían.

Para la Tierra, su número es demasiado pequeño para importar, pero con la Luna, teniendo solo 1/6 de la gravedad superficial, se puede demostrar que cualquier atmósfera se perdería dentro del tiempo geológico. El planeta Mercurio, solo un poco más grande, también carece de cualquier atmósfera, mientras que Marte, con 1/3 de la gravedad superficial de la Tierra, solo conserva una atmósfera muy delgada.

El agua se evapora fácilmente y una vez en forma de gas, se pierde rápidamente por el mismo proceso. Eso sugería que la “maria” no podría ser posiblemente océanos, aunque su nombre se mantuvo. De hecho, resultaron ser flujos basálticos, lava endurecida que hace mucho tiempo fluía de fisuras en la Luna; no se ha identificado de manera confiable ningún vulcanismo actual en la Luna. La gran mayoría de los cráteres probablemente se remontan a los primeros días del sistema solar, debido a que la lava de la maria tiene muy pocos cráteres en ella, sugiriendo que inundó y arrasó a los más antiguos.

El cuadro de una Luna seca fue reforzado por rocas lunares traídas de vuelta por astronautas estadounidenses. Las rocas terrestres pueden contener agua unida químicamente (“agua de hidratación”), pero no estas. El agua, por supuesto, sería esencial para cualquier puesto avanzado humano en la Luna. Sin embargo, aún pueden existir pequeñas cantidades de agua, traídas por cometas que ocasionalmente golpean la Luna. Toda esta agua seguramente se evaporará en el calor de la colisión, pero parte de ella puede volver a condensarse en cráteres profundos cerca del polo de la Luna, que están permanentemente a la sombra y por lo tanto extremadamente fríos. Las observaciones de la nave espacial “Clementine” sugieren que uno de esos cráteres puede contener una capa de hielo.