9.1: Propiedades Generales de la Luna
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Discutir lo que se ha aprendido de la exploración lunar tripulada y robótica
- Describir la composición y estructura de la Luna
La Luna tiene solo un ochenta la masa de la Tierra y aproximadamente una sexta parte de la gravedad superficial de la Tierra, demasiado baja para retener una atmósfera (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las moléculas móviles de un gas pueden escapar de un planeta tal como lo hace un cohete, y cuanto menor sea la gravedad, más fácil será que el gas se escape al espacio. Si bien la Luna puede adquirir una atmósfera temporal al impactar a los cometas, esta atmósfera se pierde rápidamente al congelarse en la superficie o al escapar al espacio circundante. La Luna hoy en día es dramáticamente deficiente en una amplia gama de volátiles, aquellos elementos y compuestos que se evaporan a temperaturas relativamente bajas. Algunas de las propiedades de la Luna se resumen en la Tabla\(\PageIndex{1}\), junto con los valores comparativos para Mercurio.
| Propiedad | Luna | Mercurio |
|---|---|---|
| Masa (Tierra = 1) | 0.0123 | 0.055 |
| Diámetro (km) | 3476 | 4878 |
| Densidad (g/cm3) | 3.3 | 5.4 |
| Gravedad superficial (Tierra = 1) | 0.17 | 0.38 |
| Velocidad de escape (km/s) | 2.4 | 4.3 |
| Periodo de rotación (días) | 27.3 | 58.65 |
| Superficie (Tierra = 1) | 0.27 | 0.38 |
Exploración de la Luna
La mayor parte de lo que conocemos hoy sobre la Luna deriva del programa estadounidense Apolo, que envió nueve naves espaciales pilotadas a nuestro satélite entre 1968 y 1972, aterrizando 12 astronautas en su superficie (la foto en miniatura de este capítulo). Antes de la era de los estudios de naves espaciales, los astrónomos habían mapeado el lado de la Luna que mira hacia la Tierra con una resolución telescópica de aproximadamente 1 kilómetro, pero la geología lunar apenas existía como sujeto científico. Todo eso cambió a partir de principios de la década de 1960. Inicialmente, Rusia tomó la delantera en la exploración lunar con Luna 3, que devolvió las primeras fotos del lado lejano lunar en 1959, y luego con Luna 9, que aterrizó en la superficie en 1966 y transmitió imágenes y otros datos a la Tierra. No obstante, estos esfuerzos fueron eclipsados el 20 de julio de 1969, cuando el primer astronauta estadounidense pisó la Luna.
Cuadro\(\PageIndex{2}\) resume los nueve vuelos de Apolo: seis que aterrizaron y otros tres que rodearon la Luna pero no aterrizaron. Los desembarques iniciales fueron en llanuras planas seleccionadas por razones de seguridad. Pero con una experiencia y confianza crecientes, la NASA apuntó las últimas tres misiones a lugares más geológicamente interesantes. El nivel de exploración científica también aumentó con cada misión, ya que los astronautas pasaron más tiempo en la Luna y llevaban equipos más elaborados. Por último, en el último aterrizaje del Apolo, la NASA incluyó a un científico, el geólogo Jack Schmitt, entre los astronautas (Figura\(9.1.2\)).
| Vuelo | Fecha | Sitio de aterrizaje | Logramiento principal |
|---|---|---|---|
| Apolo 8 | Dic. 1968 | — | Primeros humanos en volar alrededor de la Luna |
| Apolo 10 | Mayo 1969 | — | Primera cita de naves espaciales en órbita lunar |
| Apolo 11 | Julio 1969 | Mare Tranquillitatis | Primer aterrizaje humano en la Luna; devolvieron 22 kilogramos de muestras |
| Apolo 12 | Nov. 1969 | Oceanus Procellarum | Primer paquete de experimento de superficie lunar Apolo (ALSEP); visita al módulo Surveyor 3 |
| Apolo 13 | Abr. 1970 | — | Aterrizaje abortado por explosión en módulo de comando |
| Apolo 14 | Ene. 1971 | Mare Nubium | Primer “rickshaw” en la Luna |
| Apolo 15 | Julio 1971 | Mare Imbrium/Hadley | Primer “rover”; visita a Hadley Rille; astronautas recorrieron 24 kilómetros |
| Apolo 16 | Abr. 1972 | Descartes | Primer desembarco en tierras altas; devolvieron 95 kilogramos de muestras |
| Apolo 17 | Dic. 1972 | Tierras altas Tauro-Litrow | Geólogo entre la tripulación; devolvieron 111 kilogramos de muestras |
Además de aterrizar en la superficie lunar y estudiarla a corta distancia, las misiones Apolo lograron tres objetivos de gran importancia para la ciencia lunar. Primero, los astronautas recolectaron cerca de 400 kilogramos de muestras para análisis detallados de laboratorio en la Tierra (Figura\(\PageIndex{3}\)). Estas muestras han revelado tanto sobre la Luna y su historia como todos los demás estudios lunares combinados. Segundo, cada aterrizaje de Apolo después del primero desplegó un Paquete de Experimentos de Superficie Lunar Apolo (ALSEP), que continuó operando durante años después de que los astronautas partieron. Tercero, los módulos de mando de Apolo en órbita portaban una amplia gama de instrumentos para fotografiar y analizar la superficie lunar desde arriba.
El último humano dejó la Luna en diciembre de 1972, poco más de tres años después de que Neil Armstrong diera su “salto gigante para la humanidad”. El programa de exploración lunar se cortó a media zancada debido a presiones políticas y económicas. Había costado apenas unos 100 dólares por estadounidense, repartidos en 10 años, el equivalente a una pizza grande por persona y año. Sin embargo, para mucha gente, los alunizajes fueron uno de los acontecimientos centrales en la historia del siglo XX.
Los cohetes gigantes Apolo construidos para viajar a la Luna se dejaron oxidar en el césped de los centros de la NASA en Florida, Texas y Alabama, aunque recientemente, algunos han sido trasladados al interior a museos (Figura\(\PageIndex{4}\)). Hoy, ni la NASA ni Rusia tienen planes de enviar astronautas a la Luna, y China parece ser la nación con más probabilidades de intentar esta hazaña. (En una extraña ironía, algunas personas incluso se cuestionan si fuimos a la Luna en absoluto, proponiendo en cambio que el programa Apollo era falso, filmado en un escenario sonoro de Hollywood. Consulte el recuadro a continuación para ver las respuestas de algunos científicos a tales afirmaciones.) Sin embargo, el interés científico en la Luna es más fuerte que nunca, y más de media docena de naves espaciales científicas, enviadas desde la NASA, la ESA, Japón, India y China, han orbitado o aterrizado sobre nuestro vecino más cercano durante la última década.
Lea El engaño de la Gran Luna sobre la afirmación de que la NASA nunca logró poner a la gente en la Luna.
La exploración lunar se ha convertido en una empresa internacional con muchas naves espaciales robóticas centradas en la ciencia lunar. La URSS envió un número en la década de 1960, incluyendo devoluciones de muestras de robots. En la\(\PageIndex{3}\) tabla se enumeran algunas de las misiones lunares más recientes.
| Año de lanzamiento | Nave espacial | Tipo de Misión | Agencia |
|---|---|---|---|
| 1994 | Clementina | Orbitador | NOSOTROS (USAF/NASA) |
| 1998 | Prospector Lunar | Orbitador | NOSOTROS (NASA) |
| 2003 | SMART-1 | Orbitador | Europa (ESA) |
| 2007 | SELENE 1 | Orbitador | Japón (JAXA) |
| 2007 | Chang'e | Orbitador | China (CNSA) |
| 2008 | Chandrayaan-1 | Orbitador | India (ISRO) |
| 2009 | LRO | Orbitador | NOSOTROS (NASA) |
| 2009 | LCROSS | Impactador | NOSOTROS (NASA) |
| 2010 | Chang'e | Orbitador | China (CNSA) |
| 2011 | GRIAL | Orbitadores gemelos | NOSOTROS (NASA) |
| 2013 | LADEE | Orbitador | NOSOTROS (NASA) |
| 2013 | Chang'e 3 | Lander/Rover | China (CNSA) |
| 2018 | Chang'e 4 | Lander/Rover en Farside | China (CNSA) |
Composición y Estructura de la Luna
La composición de la Luna no es la misma que la de la Tierra. Con una densidad promedio de sólo 3.3 g/cm 3, la Luna debe estar hecha casi en su totalidad de roca de silicato. En comparación con la Tierra, se agota en hierro y otros metales. Es como si la Luna estuviera compuesta por los mismos silicatos que el manto y la corteza terrestre, con los metales y los volátiles eliminados selectivamente. Estas diferencias de composición entre la Tierra y la Luna proporcionan pistas importantes sobre el origen de la Luna, tema que cubriremos en detalle más adelante en este capítulo.
Estudios del interior de la Luna realizados con sismómetros llevados a la Luna como parte del programa Apolo confirman la ausencia de un gran núcleo metálico. La nave espacial gemela GRAIL lanzada a la órbita lunar en 2011 proporcionó un seguimiento aún más preciso de la estructura interior. También sabemos por el estudio de muestras lunares que el agua y otros volátiles se han agotado de la corteza lunar. Las pequeñas cantidades de agua detectadas en estas muestras se atribuyeron originalmente a pequeñas fugas en el sello del contenedor que admitían vapor de agua de la atmósfera terrestre. Sin embargo, los científicos han llegado a la conclusión de que parte del agua ligada químicamente está presente en las rocas lunares.
Lo más dramático es que se ha detectado hielo de agua en cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos lunares. En 2009, la NASA estrelló una pequeña nave espacial llamada Satélite de Observación y Detección del Cráter Lunar (LCROSS) en el cráter Cabeus cerca del polo sur de la Luna. El impacto a 9,000 kilómetros por hora liberó energía equivalente a 2 toneladas de dinamita, volando una columna de vapor de agua y otros químicos muy por encima de la superficie. Esta pluma era visible para los telescopios en órbita alrededor de la Luna, y la propia nave espacial LCROSS realizó mediciones mientras volaba a través de la pluma. Una nave espacial de la NASA llamada Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) también midió las temperaturas muy bajas dentro de varios cráteres lunares, y sus sensibles cámaras incluso pudieron obtener imágenes del interior de los cráteres a la luz de las estrellas.
Se estima que la cantidad total de hielo de agua en los cráteres polares de la Luna es de cientos de miles de millones de toneladas. Como líquido, esto solo sería suficiente agua para llenar un lago a 100 millas de ancho, pero en comparación con el resto de la corteza lunar seca, tanta agua es notable. Presumiblemente, esta agua polar fue llevada a la Luna por cometas y asteroides que golpearon su superficie. Una pequeña fracción del agua se congeló en algunas regiones extremadamente frías (trampas frías) donde el Sol nunca brilla, como el fondo de cráteres profundos en los polos de la Luna. Una de las razones por las que este descubrimiento podría ser importante es que plantea la posibilidad de una futura habitación humana cerca de los polos lunares, o incluso de una base lunar como estación de ruta en rutas a Marte y al resto del sistema solar. Si se pudiera extraer el hielo, produciría tanto agua como oxígeno para el apoyo humano, y podría descomponerse en hidrógeno y oxígeno, un potente combustible para cohetes.
Resumen
La mayor parte de lo que sabemos sobre la Luna deriva del programa Apolo, incluyendo 400 kilogramos de muestras lunares que aún se estudian intensamente. La Luna tiene ochagésima parte de la masa de la Tierra y está severamente agotada tanto en metales como en materiales volátiles. Está hecho casi en su totalidad de silicatos como los del manto y la corteza terrestre. Sin embargo, naves espaciales más recientes han encontrado evidencia de una pequeña cantidad de agua cerca de los polos lunares, probablemente depositada por impactos de cometas y asteroides.