Marte es conocido desde hace mucho tiempo por su óxido. El hierro en su superficie, combinado con agua y oxígeno del pasado antiguo, le da al Planeta Rojo su tonalidad. Pero los científicos se sorprendieron recientemente al encontrar pruebas de que nuestra Luna sin aire también tiene óxido.

Un nuevo artículo en Science Advances revisa los datos del orbitador Chandrayaan-1 de la Organización de Investigación Espacial de la India, que descubrió hielo de agua y trazó un mapa de una variedad de minerales mientras estudiaba la superficie de la Luna en 2008. El autor principal Shuai Li de la Universidad de Hawai ha estudiado esa agua extensamente en los datos del instrumento Moon Mineralogy Mapper de Chandrayaan-1, o M3, que fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. El agua interactúa con la roca para producir una diversidad de minerales, y los espectros detectados por M3, o la luz reflejada en las superficies, revelaron que los polos de la Luna tenían una composición muy diferente a la del resto.

Intrigado, Li se centró en estos espectros polares. Si bien la superficie de la Luna está llena de rocas ricas en hierro, se sorprendió al encontrar una coincidencia cercana con la firma espectral de la hematita. El mineral es una forma de óxido de hierro, u óxido, que se produce cuando el hierro se expone al oxígeno y al agua. Pero no se supone que la Luna tenga oxígeno o agua líquida, entonces, ¿cómo puede estar oxidada?

Misterio del Metal
El misterio comienza con el viento solar, una corriente de partículas cargadas que fluye desde el Sol, bombardeando la Tierra y la Luna con hidrógeno. El hidrógeno dificulta la formación de hematita. Es lo que se conoce como reductor, lo que significa que agrega electrones a los materiales con los que interactúa. Eso es lo contrario de lo que se necesita para producir hematita: para que el hierro se oxide, requiere un oxidante, que elimina los electrones. Y mientras que la Tierra tiene un campo magnético que la protege de este hidrógeno, la Luna no.

"Es muy desconcertante", dijo Li. "La Luna es un entorno terrible para que se forme hematita". Así que recurrió a las científicas del JPL Abigail Fraeman y Vivian Sun para que le ayudaran a analizar los datos de M3 y confirmar su descubrimiento de la hematita.

"Al principio, no lo creía por completo. No debería existir en base a las condiciones presentes en la Luna", dijo Fraeman. "Pero desde que descubrimos agua en la Luna, la gente ha estado especulando que podría haber una mayor variedad de minerales de lo que creemos si el agua hubiera reaccionado con las rocas".

Después de observar de cerca, Fraeman y Sun se convencieron de que los datos de M3 sí indican la presencia de hematita en los polos lunares. "Al final, los espectros contenían hematita de manera convincente, y era necesario que hubiera una explicación de por qué está en la Luna", dijo Sun.

Tres Ingredientes Clave
Su artículo ofrece un modelo de tres puntos para explicar cómo se podría formar el óxido en un entorno así. Para empezar, aunque la Luna carece de atmósfera, de hecho alberga trazas de oxígeno. La fuente de ese oxígeno: nuestro planeta. El campo magnético de la Tierra se arrastra detrás del planeta como una manga de viento. En 2007, el orbitador japonés Kaguya descubrió que el oxígeno de la atmósfera superior de la Tierra puede viajar en esta cola magnética, como se la conoce oficialmente, viajando 385.000 kilómetros hasta la Luna.

Ese descubrimiento encaja con los datos de M3, que encontraron más hematita en el lado cercano de la Luna que mira hacia la Tierra que en el lado lejano. "Esto sugirió que el oxígeno de la Tierra podría estar impulsando la formación de hematita", dijo Li. La Luna se ha alejado poco a poco de la Tierra durante miles de millones de años, por lo que también es posible que más oxígeno atravesara esta grieta cuando los dos estaban más cerca en el pasado antiguo.

Luego está la cuestión de que todo ese hidrógeno es entregado por el viento solar. Como reductor, el hidrógeno debería evitar que se produzca la oxidación. Pero la cola magnética de la Tierra tiene un efecto mediador. Además de transportar oxígeno a la Luna desde nuestro planeta de origen, también bloquea más del 99% del viento solar durante ciertos períodos de la órbita de la Luna (específicamente, cuando está en la fase de luna llena). Eso abre ventanas ocasionales durante el ciclo lunar cuando se puede formar óxido.

La tercera pieza del rompecabezas es el agua. Si bien la mayor parte de la Luna está completamente seca, se puede encontrar hielo de agua en los cráteres lunares sombreados en el lado opuesto de la Luna. Pero la hematita se detectó lejos de ese hielo. En cambio, el artículo se centra en las moléculas de agua que se encuentran en la superficie lunar. Li propone que las partículas de polvo que se mueven rápidamente y que azotan regularmente la Luna podrían liberar estas moléculas de agua transportadas por la superficie, mezclándolas con hierro en el suelo lunar. El calor de estos impactos podría aumentar la tasa de oxidación; las propias partículas de polvo también pueden llevar moléculas de agua, implantándolas en la superficie para que se mezclen con el hierro. En los momentos adecuados, es decir, cuando la Luna está protegida del viento solar y hay oxígeno presente, podría producirse una reacción química que induzca la oxidación.

Se necesitan más datos para determinar exactamente cómo interactúa el agua con la roca. Esos datos también podrían ayudar a explicar otro misterio: por qué también se están formando cantidades más pequeñas de hematita en el lado opuesto de la Luna, donde el oxígeno de la Tierra no debería poder alcanzarlo.

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Fraeman dijo que este modelo también puede explicar la hematita que se encuentra en otros cuerpos sin aire como los asteroides. "Podría ser que pequeños trozos de agua y el impacto de las partículas de polvo estén permitiendo que el hierro en estos cuerpos se oxide", dijo.

Li señaló que es un momento emocionante para la ciencia lunar. Casi 50 años desde el último aterrizaje del Apolo, la Luna vuelve a ser un destino importante. La NASA planea enviar docenas de nuevos instrumentos y experimentos tecnológicos para estudiar la Luna a partir del próximo año, seguidos de misiones humanas a partir de 2024, todo como parte del programa Artemisa.

JPL también está construyendo una nueva versión de M3 para un orbitador llamado Lunar Trailblazer. Uno de sus instrumentos, el mapeador lunar de volátiles y minerales de alta resolución (HVM3), cartografiará el hielo de agua en cráteres permanentemente sombreados en la Luna, y es posible que también pueda revelar nuevos detalles sobre la hematita.

"Creo que estos resultados indican que están ocurriendo procesos químicos más complejos en nuestro sistema solar de lo que se había reconocido anteriormente", dijo Sun. "Podemos entenderlos mejor enviando futuras misiones a la Luna para probar estas hipótesis".