Exploración Lunar

A manera de prólogo

El registro geológico lunar contiene un archivo rico de la historia del Sistema Solar Interior, incluyendo información relevante para la comprensión del origen y evolución del Sistema Tierra-Luna, la evolución geológica de los planetas rocosos y nuestro ambiente cósmico local. Esta entrada proporciona una pequeña reseña de la exploración lunar a la fecha y describe como las iniciativas de exploración futuras nos permitirá avanzar en nuestra comprensión del origen y evolución de la Luna, el Sistema Tierra-Luna y el Sistema Solar de una manera general. Esto desde luego, dependiendo de los avances científicos posteriores, que requerirán de la instalación de nuevos dispositivos en la Luna, así como la recolección y envío de muestras adicionales de la superficie lunar. Algunos de estos objetivos científicos se pueden lograr robóticamente, por ejemplo, mediante mediciones geoquímicas y geofísicas in situ y mediante misiones de muestreo cuidadosamente seleccionadas. Sin embargo, a largo plazo, la ciencia lunar se beneficiaría enormemente de las operaciones humanas renovadas en la superficie de la Luna.

Introducción

Desde una perspectiva científica, la exploración lunar ha estado avanzando, y en el futuro tiene el potencial para continuar avanzando e incrementando el conocimiento humano en tres amplias áreas. En primer lugar, la Luna conserva un registro de la evolución geológica primaria de un planeta rocoso (Incluyendo los procesos de diferenciación planetaria y océano de magma), mismos que los cuerpos planetarios más evolucionados han perdido desde hace tiempo, así como las restricciones geoquímicas y geofísicas en el origen y evolución del Sistema Tierra-Luna. En segundo lugar, la superficie lunar, y especialmente los regolitos lunares, contienen registros de los procesos del Sistema Solar interior (Por ejemplo, flujo de meteoritos, densidad de polvo interplanetario, flujo y composición del viento solar, flujo de los rayos cósmicos galácticos, Etc.), a través de la historia del Sistema Solar, mucho de lo cual es relevante para la comprensión de la historia y evolución de nuestro planeta y su biosfera. En tercer lugar, la superficie lunar es una plataforma potencial para un amplio rango de investigaciones científicas, principalmente la astronomía observacional (Especialmente la radioastronomía de baja frecuencia desde el lado lejano), pero, en un futuro posible también se puede extender a investigaciones en física fundamental, astrobiología, medicina y fisiología humana.

Así que, primero veamos un pequeño resumen histórico de la exploración espacial, así como las potenciales contribuciones futuras que la exploración lunar puede contribuir al desarrollo de las dos primeras áreas mencionadas en el párrafo anterior. La tercera área, si bien es una parte importante de las futuras exploraciones lunares, la veremos en una entrada posterior.

Historia de la Exploración Lunar

La investigación científica moderna la Luna como cuerpo planetario inició con las observaciones telescópicas de Galileo en 1609, y las observaciones telescópicas de la cara visible (Desde nuestro punto de observación, claro está) han continuado desde entonces. Sin embargo, la mayoría de nuestro conocimiento de la evolución geológica lunar, y sus implicaciones para la historia del Sistema Solar como un todo, se han obtenido a través de la observación directa de las sondas espaciales durante los últimos cincuenta años, aproximadamente.

La primera sonda espacial en llegar a la Luna fue la Luna 2, de la extinta Unión Soviética, la cual impactó en la superficie lunar el 13 de septiembre de 1959. De mayor importancia para la geología lunar fue el vuelo de Luna 3, en octubre del mismo año, la cual completó el primer vuelo alrededor de la Luna y obtuvo las primeras imágenes de la cara oculta (Otra vez, desde nuestro punto de observación) revelando que está en gran parte desprovisto de las oscuras extensiones de lava basáltica que dominan la cara visible. Después de una pausa corta de seis años, Luna 9 alunizó de manera suave y obtuvo las primeras imágenes de la superficie lunar en febrero de 1966, y Luna 10 fue la primera sonda en permanecer en órbita lunar en abril del mismo año.

Durante este período, el programa de exploración lunar estadounidense comenzó a acelerarse en respuesta al inicio del programa del Apollo por parte del Presidente Kennedy en mayo de 1961. Las primeras sondas lunares estadounidenses fueron la serie Ranger de ‘aterrizaje duro’ (Un aterrizaje duro ocurre cuando una aeronave o nave espacial golpea el suelo con una mayor velocidad vertical y fuerza que en un aterrizaje normal), diseñados para tomar imágenes de mayor resolución de la superficie antes de estrellarse contra ella, lo cual allanó el camino para la serie Surveyor de aterrizajes robotizados entre 1966 y 1968. En paralelo, entre 1966 y 1967 los Estados Unidos de América, volaron una serie de gran éxito, las sondas Lunar Orbiter que fueron diseñadas para obtener imágenes de alta resolución de la superficie lunar. Con resoluciones superficiales de varias decenas de metros, estas imágenes permanecieron durante mucho tiempo insuperables como un recurso para la geología lunar (Aunque ahora están siendo reemplazadas rápidamente por las imágenes obtenidas por la Cámara de ángulo estrecho de la Lunar Reconnaissance Orbiter). En gran parte, las misiones Lunar Orbiter fueron diseñadas para identificar posibles sitios de alunizaje para las misiones tripuladas de Apollo, entonces en desarrollo, de la misma manera que los Surveyors fueron diseñados para proporcionar conocimiento del ambiente superficial, teniendo en mente los alunizajes tripulados.

El programa Apollo es de vital importancia en la historia de la exploración lunar, y ha dejado un legado científico duradero. Entre julio de 1969 y diciembre de 1972 un total de doce astronautas exploraron la superficie lunar en las cercanías de seis sitios de alunizaje de estas misiones. El tiempo acumulado total en la superficie lunar fue de 25 días-persona, con sólo 6,8 días-hombre dedicados a realizar actividades de exploración fuera de los módulos lunares. Durante las seis misiones, los astronautas atravesaron una distancia total de 95,5 km desde sus sitios de aterrizaje, recogieron y devolvieron a la Tierra 382 kg de roca y muestras de suelo, se perforaron tres sitios de muestreo a profundidades de 2-3 m, se obtuvieron más de 6000 imágenes de superficie, y se desplegaron más de 2100 kg de equipo científico. Estos experimentos de superficie fueron complementados por observaciones de detección remota realizadas desde los Módulos de Comando y Servicio en órbita.

Dos importantes programas robóticos soviéticos se superpusieron con Apollo y continuaron manteniendo viva la exploración de la superficie lunar durante algunos años después de que la exploración humana cesara. Estos fueron los dos rovers ‘Lunokhod’ (Luna 17 y 21) que alunizaron en 1970 y 1973, y las tres misiones robóticas de muestreo (Luna 16, 20 y 24) de 1970, 1972 y 1976, respectivamente. Los Lunokhods fueron los primeros rovers robotizados teleoperados que operaron en otro cuerpo planetario. Lunokhod 1 operó durante 322 días y atravesó una distancia total de 10,5 km en el Sinus Iridum; Los números correspondientes para Lunokhod 2 fueron 115 días y 37 km en el cráter Le Monnier en el borde de Mare Serenitatis. Durante sus recorridos, los Lunokhod hicieron mediciones de las propiedades mecánicas del regolito (Usando un penetrómetro) y composición (Determinada usando un espectrómetro de fluorescencia de rayos X), así como el entorno de radiación superficial; También llevaban reflectores que, similares a los desplegados por las misiones Apollo 11, 14 y 15, se han utilizado para medir la distancia Tierra-Luna y las libaciones físicas de la Luna. Las misiones Luna 16, 20 y 24 recolectaron, y regresaron a la Tierra, un total de ~ 320 gramos de suelos lunares de tres sitios cercanos a la extremidad oriental de la cara visible. Aunque la cantidad de material recolectado fue pequeña comparada con la devuelta por Apollo, su separación geográfica de los sitios de aterrizaje de Apollo hace que las muestras de Luna sean importantes para nuestra comprensión de la diversidad geológica lunar.

Después de la misión de Luna 24 en 1976, hay casi veinte años de interrupción en la exploración lunar, que sólo se rompió en la década de 1990 cuando las sondas Hiten, Clementine y Lunar Prospector volaron hacia la Luna y anunciaron una nueva era de exploración lunar. Aunque pionero desde el punto de vista de la tecnología espacial, la sonda Hiten japonesa y su instrumento asociado de detección de polvo no revelaron información nueva significativa sobre la Luna. Por otro lado, las misiones orbitales de Clementine y Lunar Prospector resultaron cruciales al proporcionar mapas geológicos y mineralógicos globales de la superficie lunar. Los datos obtenidos por estas dos misiones mostraron claramente que la superficie lunar es geológicamente mucho más diversa de lo que se había sospechado sobre la base de las muestras de Apollo y Luna, y estimuló renovado interés científico en la evolución geológica de la Luna y sus implicaciones para la ciencia planetaria más ampliamente.

En parte, como resultado de este interés científico renovado en la Luna, y en parte como resultado de las potencias espaciales emergentes que desean mostrar la experiencia técnica recién adquirida, los últimos años han visto un renacimiento en la exploración lunar conducida desde la órbita. En estos años, los siguientes países han enviado al menos una sonda espacial a la órbita lunar: Agencia Espacial Europea (ESA): SMART-1 (2003); Japón: Kaguya (2007); China: Chang’e-1 (2007), Chang’e-2 (2010); India: Chandrayaan-1 (2008); Y los Estados Unidos de América: Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO; 2009), GRAIL (2012) y LADEE (2013). Esta plétora de misiones orbitales ha añadido información importante a nuestro conocimiento de la superficie lunar y, en el caso de Kaguya y GRAIL, al interior lunar. Sin embargo, es notable que ninguna de estas sondas espaciales fue diseñada para alunizar en la superficie de la Luna de una manera controlada (Aunque el satélite lunar de observación y detección de cráteres lunar [LCROSS, co-lanzado con LRO] y la Sonda de Impacto Lunar Chandrayaan-1 [MIP por sus siglas en inglés] se impactaron deliberadamente en la superficie lunar en un esfuerzo por detectar volátiles polares).

Intermedio: Se ha predicho desde hace mucho tiempo que los polos lunares albergan sustancias volátiles en regiones que no han visto la luz del sol durante mucho tiempo, tal vez mil millones de años o más. Estas son conocidas como “regiones permanentemente sombreadas”. La misión conjunta de la NASA y el Departamento de Defensa “Clementine” a la Luna en 1994 fue la primera en sugerir mayores cantidades de hidrógeno en ambos polos lunares. Lunar Prospector confirmó entonces el aumento de hidrógeno en los polos en 1998. Más recientemente, las misiones Chandrayaan-1, Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) y Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) detectaron 3 tipos de volátiles: Una monocapa global de OH / H2O, hielo de agua polar subsuperficial y agua superficial polar escarchada. La presencia de volátiles, y en particular de agua, podría influir en las actividades de exploración del espacio en la Luna y más allá. También podrían proporcionar información importante sobre el transporte volátil y el origen del agua tanto en la Luna como en la Tierra. Fuente: The Planetary Society. Fin del Intermedio.

En diciembre de 2013, China logró aterrizar el vehículo Chang’e-3, equipado con un pequeño vehículo, Yutu, en el norte de Mare Imbrium. Este logro ha roto un hiato de 37 años en la exploración de la superficie lunar, siendo el primer alunizaje suave controlado en la Luna desde la misión robótica soviética Luna 24 en agosto de 1976. Entre otros experimentos, Yutu llevó un instrumento de radar penetrante para estudiar la estructura de los regolitos subsuperficiales, y es la primera vez que un instrumento de tales características se ha desplegado en la superficie lunar.

Planes actuales para la futura exploración lunar en el corto plazo

En el intervalo de tiempo, desde hoy hasta el 2022, hay planes tentativos para un cierto número de alunizajes robóticos, aunque cierto es que permanecen no confirmados y las fechas compromiso son inciertas.

Basados en el éxito de la Chang’e-3, China probablemente envíe las misiones Chang’e-4 y Chang’e-5 alrededor del 2018 y 2019, respectivamente. Dependiendo del éxito de las misiones previas, Chang’e-5 tiene como uso intencionado el ser una misión con retorno de muestras (La primera desde Luna 24 en 1976), aunque su sitio de alunizaje aún no ha sido determinado del todo. En el mismo intervalo, Japón tiene la intención de desplegar un rover/orbiter, la misión Selene-2, y la India ha declarado la intención de regresar a la Luna con su misión Chandrayaan-2.

Rusia tiene planes para un conjunto cada vez más sofisticado de orbitadores y módulos de aterrizaje (que se denominarán Luna-Glob o coloquialmente, Luna 25-29) a partir de 2024 (Si no se vuelve a posponer), de los cuales Luna 29 se prevé sea una misión de retorno de muestra desde una localidad casi polar. En el marco temporal 2018-20 parece probable, aunque aún no confirmado, que se despliegue la Misión de prospección de recursos de los EE. UU. Con su carga útil RESOLVE (‘Regolith and Environment Science and Oxygen and Lunar Volatile Extraction’). para investigar depósitos volátiles lunares de alta latitud. Además, hacia el final de esta década, la NASA apunta a desplegar su Vehículo tripulado de exploración tripulado ‘Orion’ al segundo punto Tierra-Luna Lagrange, que, aunque no proporcionará acceso a la superficie, puede facilitar la exploración de la superficie del lado lejano. actuando como un relé de comunicaciones y como un nodo para la tele-operación de instrumentos de superficie. Rusia está planeando el inicio de la construcción de una colonia humana en la Luna para el 2030.

En los últimos años se han llevado a cabo una gran cantidad de estudios lunares adicionales (Se publicará información sobre algunos de ellos en una entrada posterior), pero hasta la fecha ninguno ha recibido fondos ni apoyo de agencias espaciales. También vale la pena señalar que, además de las actividades dirigidas por el gobierno, la próxima década también podrá ser testigo de desembarcos lunares financiados con fondos privados, realizados en pos del Premio Google Lunar X u otras iniciativas privadas, aunque las oportunidades científicas presentadas por estas misiones relativamente pequeñas aún no se han determinado.

Referencias

The Scientific Context for Exploration of the Moon

National Research Council.

The National Academies Press.

New views in lunar geoscience: an introduction and overview

Hiesinger H, Head JW.

The constitution and structure of the lunar interior

Wieczorek M et al.

Astrobiology: what can we do on the Moon?

Cockell CS.

Chandrayaan-1: India’s first planetary science mission to the Moon

Goswami JN, Annadurai M.

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