La pregunta de dónde proviene el agua que cubre más del 70% de la superficie terrestre es compleja. Responderla implica retroceder miles de millones de años, a una época en la que la Tierra era un mundo incandescente, golpeado constantemente por asteroides y cometas. Ahora, la Luna acaba de aportar una pista inesperada.
Representación artística de la formación de la Luna a partir de los escombros de un impacto gigante.
A diferencia de la Tierra, la superficie lunar permanece casi intacta desde hace miles de millones de años. Por eso, su capa superficial -el regolito lunar- funciona como un archivo natural de impactos cósmicos. Cada grano de polvo conserva fragmentos de meteoritos que chocaron contra la Luna desde el origen del sistema solar. Analizar ese material permite estimar cuánta materia extraterrestre llegó también a la Tierra.
El Regolito Lunar: Un Archivo Cósmico
El equipo, liderado por Anthony M. Gargano, aplicó un método basado en isótopos triples de oxígeno, una técnica capaz de distinguir con gran precisión el material lunar del material procedente de meteoritos. Al traducir ese porcentaje en volúmenes reales de agua, los científicos se encontraron con un problema de escala. La cantidad aportada por estos meteoritos sería insignificante para explicar los océanos terrestres, incluso considerando miles de millones de años de impactos.
Sin embargo, esa misma cantidad sí encaja con otro hallazgo: el hielo detectado en los polos lunares. El estudio no afirma que los meteoritos no aportaran agua en absoluto. Lo que pone en duda es que hayan sido la fuente principal. Esto abre la puerta a otras posibilidades: que parte del agua estuviera presente desde la formación del planeta, que se liberara desde el interior terrestre o que llegara mediante procesos aún poco comprendidos.
La Luna como Laboratorio Natural
Más allá del debate sobre los océanos, el trabajo refuerza el papel de la Luna como laboratorio natural. Las muestras del Apolo siguen ofreciendo información crítica medio siglo después de haber sido recolectadas, y se han convertido en una referencia para entender la evolución temprana del sistema solar interior. “La Luna no solo habla de sí misma”, señala el estudio. “Conserva el registro del entorno que permitió que la Tierra se volviera habitable”. En ese polvo gris, acumulado durante eones, aún quedan respuestas fundamentales.
¿Hay agua en la Luna? – Destino: Serie Espacio
El Hielo en los Polos Lunares: Un Recurso Estratégico
Las reservas de hielo en los polos de la Luna son un recurso extremadamente limitado, no solo en cantidad, sino en extensión. Este hielo es un recurso estratégico y su importancia radica en que la Luna es un desierto cien veces más seco que el Sáhara: el milagro es que haya algo de hielo en los cráteres en sombra permanente de los polos. Con energía solar o nuclear, el hielo puede usarse para generar hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis, ambas sustancias propelentes para naves espaciales. En el caso de una base tripulada, podemos disponer de oxígeno y agua para los astronautas.
Cráter Shackleton, situado en el polo sur lunar. El fondo del cráter está en sombra permanente.
Sabemos desde 2007 que existe agua en la Luna fuera de los polos gracias al instrumento M3 de la NASA a bordo de la sonda india Chandrayaan 1 (en realidad, la sonda soviética Luna 24 detectó agua en la Luna en 1978, pero nadie prestó mucha atención por aquel entonces). Esta agua se encuentra en la mayor parte de la superficie lunar como resultado de la interacción del viento solar con el regolito local, pero las cantidades de las que hablamos son prácticamente infinitesimales.
Otra fuente son los minerales hidratados. En 2022 la sonda china Chang’e 5 detectó directamente la presencia de agua en rocas lunares en la zona de Mons Rümker (Oceanus Procellarum). En realidad, este descubrimiento hay que matizarlo, pues la mayor parte de instrumentos enviados en misiones espaciales no diferencian entre las moléculas de agua propiamente dichas y los aniones hidróxido OH-, muy abundantes en la Luna.
Sea como sea, la Chang’e 5 descubrió una roca con hasta 180 ppm (partes por millón) de agua en su interior. El descubrimiento de la Chang’e 5 ha sido oficialmente confirmado este mismo año, pero ahora analizando directamente las muestras traídas por la sonda en 2020. Los investigadores chinos han descubierto un mineral hidratado a base de cloruro de magnesio con hasta un 41% de su masa en agua. Un 41% es una barbaridad para la Luna.
Panorámica de la zona de alunizaje de la Chang’e 5, denominada Statio Tianchuan, en 2020. La colina Mons Heng se ve en el horizonte.
Como comparación, las estimaciones conservadoras de la cantidad de hielo en la superficie de los cráteres en sombra permanente del polo sur suponen un 5% de concentración, suficiente para que una pequeña planta de extracción de hielo de unos 350 kg -desplegada mediante un módulo lunar no tripulado de reducido tamaño tipo CLPS- pudiese producir un mínimo de una tonelada de agua en un año de funcionamiento.
Aunque el agua es lo que más ha llamado la atención del público, el mineral hidratado de las muestras de la Chang’e 5 -(NH4)MgCl3·6H2O- también se caracteriza por la presencia del ion amonio, algo más inesperado y que apunta a una historia de vulcanismo lunar más compleja de lo previsto. Como bola extra, el nitrógeno podría ser de extrema utilidad en el futuro de cara al cultivo de vegetales, pues si el agua en la Luna es escasa, el nitrógeno lo es todavía más.
Por supuesto, extraer esta agua dentro de minerales no será un proceso nada sencillo y requerirá de elevadas temperaturas (y, por tanto, energías). Y, antes de eso, sería necesario levantar un mapa geológico para saber dónde se encuentran estos minerales con más frecuencia. En todo caso, el hecho de que haya minerales hidratados fuera de los polos con elevada proporción de agua abre la puerta a que se pueda utilizar este recurso.
Aunque se desconoce cuánto hielo hay exactamente en el polo sur lunar, se cree que en el cráter Cabeus, uno de los cráteres en sombra permanente con más contenido de hielo detectado desde la órbita, habría entre 20 y 50 millones de toneladas de agua hasta un metro de profundidad. El cráter Shackleton tendría entre 1 y 4 millones de toneladas. Otros cráteres del polo sur tendrían cantidades intermedias.
Métodos Alternativos para la Generación de Agua Lunar
Pero, ¿y si hubiera una tercera vía? Recientemente, un equipo de investigadores de la Academia China de las Ciencias ha propuesto otro método de generar agua a partir del regolito lunar. De acuerdo con los resultados de los experimentos, se podría generar entre 51 y 76 kilogramos de agua a partir de una tonelada de regolito. Eso sí, habría que buscar zonas de la Luna con alto contenido en ilmenita (FeTiO3). El hidrógeno del regolito procedería precisamente del agua y los iones hidróxido implantados por la acción continúa del viento solar.
Hasta ahora, este método para disponer de agua en la Luna no parecía práctico porque los minerales lunares de las muestras del Apolo solo contenían entre 0,02% y 0,0001% de agua, pero el equipo estudió directamente las muestras de la Chang’e 5 para medir la cantidad de hidrógeno presente en los minerales ilmenita, plagioclasa, olivino, piroxeno y cristales. Observaron que la cantidad de hidrógeno en la ilmenita era casi 250 veces mayor a la encontrada en otras muestras recogidas por las misiones lunares Apolo o las sondas soviéticas Luna. De hecho, la estructura de la ilmenita lunar es diferente a la terrestre precisamente por la presencia de hidrógeno.
Alcanzar una temperatura de 1000 ºC es todo un desafío energético, pero se podría llevar a cabo con espejos concentradores, lentes convencionales o de tipo Fresnel. No obstante, los investigadores confían en poder reducirla hasta solo 200 ºC. Aunque este hidrógeno procede del viento solar y, por tanto, cabría esperar que en el ecuador lunar hubiese una mayor abundancia, paradójicamente, es lo contrario: a mayor latitud, más hidrógeno presente en el regolito.
La razón es que el viento solar no solo está formado por protones -núcleos de hidrógeno-, sino que también tiene electrones. La generación de agua mediante este método, como comentábamos, no será sencilla, pero recordemos que existen otras técnicas ISRU (In-Situ Resource Utillization) para extraer recursos de la Luna que también se basan en calentar el regolito lunar hasta fundirlo.
Extracción de Oxígeno del Regolito Lunar
Una vez analizadas las muestras del Apolo, se comprobó que estaban formadas principalmente por óxidos metálicos, de ahí que en los años 70 surgiesen múltiples propuestas para extraer el oxígeno de los minerales -hasta el 40% en peso del regolito- usando diferentes métodos. Por ejemplo, el concepto reciente de planta de producción de oxígeno Polaris de la NASA prevé extraer del regolito una tonelada de oxígeno molecular como mínimo en un año mediante un pequeño módulo lunar no tripulado. La planta tendría una potencia de 2,8 megavatios y usaría la luz concentrada del Sol mediante un espejo para fundir el regolito a temperaturas de entre 1600 ºC y 1800 ºC.
Precisamente, la abundancia de oxígeno en el regolito lunar plantea un dilema. ¿Es mejor extraer el agua a partir del hielo o los minerales hidratados o, por el contrario, resulta más sencillo fabricar el agua a partir del oxígeno del regolito e hidrógeno transportado desde la Tierra? La molécula de hidrógeno es la más ligera, así que no sería una gran penalización de masa (de cada 18 toneladas de agua, solo dos toneladas son de hidrógeno). La ventaja de generar agua de esta forma es que, al igual que en el caso de los minerales hidratados, no requiere depender de las limitadas reservas polares. Lo malo es que se necesitan temperaturas más altas, aunque, a cambio, se puede recurrir al calor del Sol.
Por ahora no sabemos qué método para disponer de agua sería el mejor a largo plazo. Todavía nos falta saber el tamaño y pureza de las reservas de hielo polar y la extensión de los minerales hidratados para poder emitir un veredicto.
El Agua en las Rocas Lunares y su Origen
El agua que se encuentra en las antiguas rocas de la Luna podría haberse originado en realidad a partir de la proto-Tierra y haber sobrevivido a la propia formación de la Luna. Las últimas investigaciones sobre agua de las rocas lunares traídas durante las misiones Apolo se han hecho públicas esta semana. Se cree que la Luna, incluido su interior, es mucho más húmeda de lo que se había previsto durante la era Apolo.
El estudio de Jessica Barnes y sus colegas de la Universidad Abierta, del Reino Unido, investigó la cantidad de agua presente en el mineral apatita, un mineral de fosfato de calcio que se encuentra en las muestras de la corteza lunar antigua. "Estas son algunas de las rocas más antiguas que tenemos de la Luna, y son mucho más antiguas que las rocas más antiguas encontradas en la Tierra", explica Barnes. "El agua encerrada en la apatita tiene una firma isotópica muy similar a la de la Tierra y algunos meteoritos del tipo condritas carbonáceas", dice Barnes.
La Teoría del Gran Impacto y la Supervivencia del Agua
Hace 4.500 millones de años un objeto gigantesco chocó contra la Tierra y, de los fragmentos desprendidos, nació la Luna. El impacto provocó tal calor que todo el hidrógeno se evaporó y se perdió en el espacio, dejando tanto a la Tierra como a su satélite secos. Más tarde, el agua volvió a la Tierra en meteoritos y a la Luna en cometas. Hasta hoy, esta era la creencia más aceptada.
Pero, ahora, una investigación ha demostrado que el origen del agua encontrada de las rocas traídas por las misiones Apolo es el mismo que el del agua terrestre. “La explicación más simple es que el hidrógeno ya estaba en la Tierra en el momento del gran impacto y que no hubo una pérdida significativa durante la formación de la Luna”, explica a SINC Alberto Saal, científico de la Universidad de Brown (EE UU) y autor del artículo que recoge hoy los resultados en Science Express.
Para determinar el origen, los investigadores analizaron la proporción de deuterio -un isótopo del hidrógeno- en la muestra. Las moléculas de agua formadas cerca del sol tienen, en general, menos deuterio que las formadas en los bordes exteriores del sistema solar. Según los investigadores, la proporción de este isótopo en el agua lunar es la misma que en el 98 % de la terrestre.
Fue en 2011 cuando otra investigación realizada por el mismo equipo observó que estas muestras tenían tanta agua encerrada como las lavas del fondo del océano terrestre. “Entonces, las implicaciones fueron que el interior de ambos cuerpos celestes albergaba reservas con cantidades equivalentes de hidrógeno”, explica el científico.
“El punto principal de nuestro nuevo artículo es que el hidrógeno de la Luna no se originó en cometas como se pensaba, sino en meteoritos primitivos como los que lo trajeron a la Tierra”, señala Saal.
Estos resultados no son necesariamente incompatibles con la idea de que la Luna se formó a partir del gran impacto de un asteroide en los inicios de la vida de la Tierra, pero plantean la incógnita de cómo es posible que el agua sobreviviera a semejante colisión.
El Viento Solar y la Formación de Agua en la Luna
La Luna es una gran esponja que absorbe partículas cargadas eléctricamente emitidas por el Sol. Estas partículas interaccionan con el oxígeno presente en algunos granos de polvo de la superficie lunar, generando agua. También proporciona a los científicos un nuevo e ingenioso método de obtener imágenes de la Luna y de cualquier otro cuerpo sin aire del Sistema Solar.
La superficie solar es una masa poco compacta de granos de polvo irregulares, conocida como regolito. Las partículas que llegan procedentes del Sol deberían quedar atrapadas en los espacios entre los granos, y absorbidas. Cuando esto ocurre con los protones, se espera que interactúen con el oxígeno presente en el regolito lunar para producir hidroxilo y agua.
El resultado de SARA confirma que los núcleos de hidrógeno procedentes del Sol están siendo absorbidos por el regolito lunar, pero también pone de relieve un misterio: no todos los protones son absorbidos. Uno de cada cinco rebota al espacio. En el proceso, el protón se une a un electrón para formar un átomo de hidrógeno.
Aunque Barabash y sus colegas desconocen lo que está causando el fenómeno, este descubrimiento abre la puerta a la obtención de un nuevo tipo de imagen. El hidrógeno sale disparado con una velocidad de unos 200Km/s, y escapa sin ser desviado por la débil gravedad lunar. El hidrógeno es además eléctricamente neutro, y no resulta afectado por los campos magnéticos en el espacio. Así pues los átomos se desplazan en líneas rectas, igual que las partículas de luz, los fotones.
Representación del viento solar interactuando con la magnetosfera de la Tierra.
En principio la trayectoria de cada átomo puede ser reconstruida hasta su origen, lo que permite construir una imagen de la superficie. La Luna carece de un campo magnético global, pero algunas rocas lunares están magnetizadas. Barabash y su equipo están actualmente obteniendo imágenes con las que buscar estas ‘anomalías magnéticas’ en rocas lunares.
Los protones que llegan a la Luna son parte del viento solar, un chorro constante de partículas emitido por el Sol. Estas partículas colisionan con cada objeto celeste en el Sistema Solar, pero habitualmente son frenadas por la atmósfera del objeto. En los cuerpos que carecen de este escudo natural, como los asteroides o el planeta Mercurio, el viento solar llega a la superficie.
Cantidad de Agua en los Minerales Lunares
Calculan una cantidad superior a la de los Grandes Lagos, en EE.UU. El volumen de las moléculas de agua contenidas en los minerales lunares es mucho mayor de lo que se creía hasta ahora, asegura un estudio que publica la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Los científicos del Laboratorio Geofísico de la Institución Carnegie, calculan que su volumen podría ser superior al agua que contienen los Grandes Lagos, en la frontera entre Estados Unidos y Canadá. Agregan que sus estudios determinaron que el líquido que es crucial para el desarrollo de vida como la conocemos en la Tierra, estuvo presente en las primeras etapas de la formación del satélite natural y no desapareció totalmente cuando el magma candente comenzó a enfriarse y a cristalizarse.
"Durante más de 40 años pensamos que la Luna era absolutamente seca", señala Francis McCubbin, principal autor del estudio en un boletín publicado ahora sobre el informe en el sitio de la NASA en internet.
En resumen, las investigaciones indican que la Luna contiene agua en diversas formas y ubicaciones, desafiando las concepciones previas y abriendo nuevas perspectivas sobre su origen y potencial utilidad.
Tabla Resumen de Hallazgos y Teorías
| Hallazgo/Teoría | Descripción | Implicaciones |
|---|---|---|
| Hielo en Polos Lunares | Presencia de hielo en cráteres permanentemente en sombra. | Recurso potencial para futuras misiones y bases lunares. |
| Minerales Hidratados | Descubrimiento de minerales con alta concentración de agua. | Fuente alternativa de agua fuera de los polos. |
| Generación a partir de Regolito | Método para generar agua a partir de ilmenita y viento solar. | Posibilidad de producción in situ de agua. |
| Origen Proto-Terrestre | Agua en rocas lunares con firma isotópica similar a la Tierra. | El agua podría haber sobrevivido al impacto de formación lunar. |
| Viento Solar | Interacción del viento solar con el regolito generando agua. | Mecanismo continuo de formación de agua en la superficie lunar. |