Los materiales de la luna

Por Gustavo R. Plaza (UPM)

En las noches de cielos despejados, no deja de maravillarnos la visión de la Luna, en la que a simple vista podemos observar una superficie no homogénea: el que distintas zonas reflejen la luz del Sol de forma diferente ha hecho que a lo largo de la historia hayamos visto en ella una cara u otras figuras, y también que nos hayamos preguntado por los materiales que la forman y las razones de las diferencias de brillo.

Los primeros astrónomos pudieron imaginar que las zonas oscuras eran mares de agua. Además fue fácil deducir que los impresionantes cráteres que se observan en la superficie corresponden a impactos de grandes cuerpos. Dichos cráteres y las grietas en la superficie lunar, así como sus oscuros mares, forman una imagen de extremada belleza que se puede observar con gran detalle, por ejemplo, empleando una cámara fotográfica con un teleobjetivo (ver figura 1). A lo largo de la historia, los astrónomos han identificado y dado nombre a los diferentes cráteres y mares lunares.

El aspecto más oscuro de los mares de la superficie lunar es debido a su composición: en estos mares han quedado rocas formadas a partir de lava de volcanes que hubo en la luna, si bien, por enfriamiento progresivo, ésta ya ha perdido su actividad volcánica. Las erupciones acontecieron a veces a partir de impactos de meteoroides o asteroides. Las rocas de origen volcánico, basálticas, son más oscuras que las de la corteza lunar que vemos como más brillantes. En los mares alunizaron el primer vehículo espacial que consiguió un alunizaje suave (Luna 9, de la URSS, en 1966) y los primeros humanos en el Apollo 11 (alunizaje en el Mar de la Tranquilidad, 1969). La misión del Apollo 11 incluso trajo a la Tierra algo más de 20 kg de muestras de la superficie lunar. Las muestras lunares de esta expedición y de las expediciones posteriores han permitido establecer la composición de los restos de rocas y polvo lunar: esencialmente óxidos de silicio, aluminio, calcio, hierro, magnesio, titanio y sodio. A partir de regalos del gobierno de EE.UU., actualmente se conservan muestras en numerosas ciudades norteamericanas y en muchos países. Pueden visitarse por ejemplo en el Museo Naval de Madrid, en el museo Universum de México o en el Museo Nacional de Historia Natural de Santiago de Chile.

La similitud en la proporción de isótopos de oxígeno y wolframio en los minerales lunares y terrestres, la densidad de la Luna (menor a la densidad media de la Tierra pero similar a la del manto terrestre), así como las posibles explicaciones a la formación del sistema Tierra-Luna, han hecho que los astrónomos estén convencidos de que inicialmente la Tierra y la Luna fueron un solo cuerpo, y la teoría con mayor aceptación es que la separación se produjo a partir de un gran impacto, durante la etapa de formación del Sistema Solar. El impacto dio lugar a un anillo de restos orbitando alrededor de la Tierra naciente. Los cálculos de este modelo predicen que los restos habrían formado la Luna en unos pocos años y, además, que la mayor parte del material del satélite estaría inicialmente fundido, formando un magma. Los astrónomos aún buscan nuevas pruebas experimentales de los detalles de esta teoría. Todas las rocas de la luna son ígneas, formadas a partir de la solidificación del magma, lentamente o a mayor rapidez en el caso de la lava en los mares.

Los fragmentos de rocas y polvo que se acumulan en la superficie lunar se denominan regolito y derivan de las rocas. Son productos de diversos mecanismos de rotura de las rocas, incluyendo los siguientes:

• Roturas debido a impactos de meteoroides o asteroides. Una vez solidificada la Luna, y puesto que sus materiales son rocas que tienen una gran fragilidad (y por tanto absorben una baja energía al romperse), los impactos dan lugar a multitud de fracturas.
• Fuerzas de marea. Las fuerzas de marea en la Luna habrían contribuido a moldearla durante el proceso de solidificación. Además la disipación de energía al deformar los materiales en el volumen de la Luna por efecto de las mareas habría ralentizado la rotación de la Luna hasta hacerla rotar con el mismo periodo que el movimiento de traslación alrededor de la Tierra, de forma que desde la Tierra la cara visible de la Luna es siempre la misma.* Actualmente, las mareas en la Luna hacen que las fuerzas en las rocas varíen cíclicamente por no ser la órbita de la Luna circunferencial sino elíptica. En los materiales, incluso si las fuerzas cíclicas son bajas como para producir una rotura rápida, la repetición a lo largo del tiempo puede acabar dando lugar a una rotura. La variación cíclica de las tensiones en los materiales se conoce como fatiga. Típicamente la fatiga produce un daño acumulativo por formación de microfisuras en el material y puede dar lugar finalmente a su rotura, a pesar de que las mismas tensiones, si se hubieran mantenido constantes, no hubieran producido la rotura. La rotura de rocas en la Luna, a cierta profundidad, puede dar lugar a seismos.
• Tensiones originadas por los cambios de temperatura entre día y noche: se superponen una variación de temperaturas y una variación de tensiones en el material. Frecuentemente se conoce como fatiga térmica y el resultado es, de nuevo, la acumulación progresiva de microfisuras que puede dar lugar a la rotura final del material.
• Radiación solar, que puede producir directamente daño por la ruptura de enlaces químicos.

Impactos de asteroides y meteoroides y volcanes han dibujado las bellas formas de la superficie lunar, alentando nuestra imaginación. La luna nos permite estudiar en detalle sus antiguas heridas, que a grandes rasgos han permanecido inalteradas durante miles de millones de años, tras el periodo de formación de cráteres y de bombardeo por grandes asteroides. Las mismas antiguas heridas tuvo la Tierra y aparecen actualmente atenuadas o borradas por el desplazamiento y deformación de las placas tectónicas, por la erosión de los agentes atmosféricos e hidrológicos y por la acción de los seres vivos.

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* De la misma forma, las mareas en la Tierra disipan energía por la fricción de los materiales y el desplazamiento del agua en los océanos y poco a poco se ralentiza la rotación de la Tierra, que acabaría con la misma cara enfrentada a la Luna si hubiera tiempo antes de que se produzcan otros cambios en el Sistema Solar)