La Luna es una Escuela para Realizar Exploraciones

La Luna podría ser el mejor lugar para poner a prueba novedosas técnicas de exploración planetaria

La NASA ha explorado el espacio durante casi medio siglo y, a menudo, ha logrado grandes éxitos. Sin embargo, "hay todavía algo que no sabemos: ¿cuál es la mejor manera de explorar un planeta?", dice Paul D. Spudis, científico planetario de alto rango del Laboratorio de Física Aplicada (Applied Physics Laboratory) de la Universidad Johns Hopkins, en Laurel, Maryland.
El descubrimiento de las técnicas más efectivas para explorar un planeta es, en sí mismo, investigación de vanguardia, como lo es también el descubrimiento de las tecnologías mineras más eficaces o como los son las mejores formas de supervivencia y el hecho de lograr que la maquinaria funcione en la Antártida.
De este modo, por la misma razón que las naciones fundaron colegios de minería de nivel universitario y que el ejército de los Estados Unidos creó su propio Laboratorio de Ingeniería e Investigación en Regiones Frías, la NASA quiere utilizar la Luna como si fuera una escuela de estudios de posgrado para realizar exploraciones.
En la Luna, los astronautas pueden desarrollar y poner a prueba técnicas de construcción de hábitats así como técnicas de cultivo y de operación de maquinaria en condiciones de baja gravedad, de alto vacío, de elevada radiación, de polvo penetrante y de temperaturas muy extremas, un ambiente en donde la combinación prolongada de estas condiciones es, simplemente, imposible de replicar en la Tierra. Lo que aprendan será útil, no solamente en la Luna, sino que será esencial para preparar un viaje a Marte.
Pero existe un proyecto de investigación que encabeza la lista: ¿Cuál es la mejor combinación de humanos y robots? Naves espaciales y exploradores terrestres no tripulados han recogido millones de gigabits de información de gran calidad sobre la Luna y los planetas, revolucionando de este modo nuestro entendimiento del Sistema Solar. Pero para el trabajo geológico de campo, afirma Spudis, nada puede reemplazar a geólogos entrenados, con un martillo para golpear las rocas, con ojos expertos, y con el conocimiento "para interpretar las rocas en el contexto de su ambiente".
Por esa razón, la NASA quiere explorar la mejor manera de combinar seres humanos y máquinas. Una tecnología prometedora es la telepresencia, similar a la que actualmente se utiliza en los quirófanos de los hospitales para determinados tipos de cirugía. Desde la seguridad que brinda un lugar subterráneo en la Luna, protegido de la radiación, los movimientos de un geólogo podrían "ser replicados al instante por un robot ubicado en la superficie, equipado con retroalimentación sensorial instantánea muy parecida a la que siente un astronauta a través de los guantes de un traje espacial", explica Spudis. Pero, ¿es esa la mejor forma? En algunas circunstancias, un robot con su propia inteligencia artificial, preparada para poder tomar decisiones rápidamente, podría hacer mejor el trabajo. Nuevamente, se trata de una pregunta que puede ser contestada con investigación in situ.

Otro tema crucial que los humanos podrían aprender de la experiencia en la Luna es "cómo hacer cosas útiles a partir de los desechos", afirma Spudis. En la Luna y en Marte, los recursos locales serán de vital importancia para los astronautas que no puedan depender por completo del abastecimiento que proviene de la Tierra. "Excepto por la energía solar, nunca hemos utilizado los recursos del espacio en ninguna misión", declara Spudis, por lo que necesitamos aprender (cómo hacerlo)".
El acrónimo oficial de la NASA para "vivir de la tierra" es ISRU (In-Situ Resource Utilization o Utilización de Recursos In Situ). ISRU significa, básicamente, averiguar cómo excavar la superficie de otro planeta, cómo hacer que polvo extraño descienda por una tolva en condiciones de baja gravedad (un problema difícil), y cómo perforar y calentar el terreno para extraer líquidos y gases valiosos, todo con gran fiabilidad y escasos problemas mecánicos.
¿Qué es lo que hay en el regolito lunar que podrían necesitar o que desearan extraer los astronautas? En este momento, los elementos útiles son el oxígeno y el hidrógeno. "A partir de estos dos elementos podemos generar electricidad utilizando células de combustible que produzcan agua potable como subproducto", explica Spudis. "El hidrógeno y el oxígeno también son propulsores para cohetes y, además, los astronautas pueden respirar el oxígeno".
La buena noticia: En la Luna abunda el oxígeno. La corteza lunar tiene un 40% de oxígeno por unidad de masa, y los científicos de la NASA tienen muchas ideas para extraerlo. El simple calentamiento de la superficie, a altas temperaturas, provoca que el oxígeno gaseoso emerja. (Para obtener más información sobre este tema, consulte Respirando Rocas Lunares en Ciencia@NASA). Pero todavía no se han descubierto las técnicas más eficaces.
La noticia no tan buena: El hidrógeno es relativamente raro en la Luna. Esa es una de las razones por las cuales la NASA desea fervientemente explorar sus polos. Allí pueden existir alrededor de 10.000 millones de toneladas métricas de agua congelada en cráteres con sombra permanente. "El hielo es una forma de hidrógeno concentrado", señala Spudis. La experiencia obtenida en los polos de la Luna se puede aplicar a Marte, donde el hielo también está mezclado con rocas y elementos del subsuelo.
"Necesitamos abrir un taller en la Luna por una razón clara y comprensible", concluye. "La Luna es una escuela para realizar exploraciones".

Misterios de la Lluvia y de la Nieve

Marzo 2, 2007: La gente ha vivido con lluvia y con nieve durante milenios y los científicos han estudiado el clima por más de un siglo. Usted podría pensar que, después de transcurrido todo este tiempo, deberíamos conocer bien todo lo relacionado con las precipitaciones atmosféricas. Pero se equivocaría.
"Es sorprendente todo lo que desconocemos sobre los patrones globales de la lluvia y de la nieve", comenta Walt Petersen, científico atmosférico del Centro Nacional de Ciencia y Tecnología Espacial (NSSTC, por sus siglas en inglés) y de la Universidad de Alabama (UAH), en Huntsville.
Por ejemplo, ¿cuánta nieve cae en el mundo diariamente –y dónde? ¿Qué cantidad de agua se precipita sobre la Tierra en forma de llovizna?
"Estas son sólo algunas de las preguntas sin resolver", señala. Hallar las respuestas nos permitiría llenar grandes vacíos respecto de nuestro conocimiento del sistema climático de la Tierra. ¿Qué debemos hacer? "La mejor manera de estudiar las precipitaciones globales es hacerlo desde el espacio".
Por esta razón, recientemente la NASA financió una serie de 59 proyectos de investigación a través de su actual Misión de Medición de Precipitaciones (Precipitation Measurement Mission, en idioma inglés). Los estudios examinarán los métodos para mejorar las mediciones de lluvia y de nieve desde la órbita de la Tierra. El proyecto de Petersen se encuentra entre los ganadores, y uno de los temas que estudiará es la nieve:
"La nieve es un problema enorme", comenta Petersen. Resulta muy difícil calcular la cantidad de nevadas mediante un radar. Hacerlo con la lluvia es más fácil porque siempre se trata de simples gotitas llenas de líquido. Los ecos de radar que provienen de las nubes de lluvia se pueden convertir en porcentajes de precipitaciones con bastante precisión. Por ejemplo, un radar a bordo del satélite de la Misión de Medición de Lluvias Tropicales (TRMM, por sus siglas en inglés), de la NASA, mide las precipitaciones mensuales con una precisión de aproximadamente el 10%.
Pero las precipitaciones de agua congelada, como la nieve, son mucho más variables. Como sabemos, no existen dos copos de nieve que sean iguales. Las diferencias en tamaño, forma y densidad de cada copo de nieve indican que todas no caerán a la misma velocidad, complicando de este modo los trabajos realizados para estimar los porcentajes de las nevadas. Además, los copos de nieve tienen muchos ángulos peculiares y "superficies" planas, los cuales pueden producir ecos confusos para los radares.

Los problemas no acaban aquí. "El hielo y la nieve tienen un comportamiento dieléctrico variable según la cantidad de hielo y de aire que contiene cada partícula", añade. (Nota: La constante dieléctrica de una sustancia indica la intensidad con que ésta interactuará con la onda de radar). "Con las gotas de lluvia, uno maneja principalmente agua, la cual tiene una constante dieléctrica conocida y fija. Respecto de la nieve, conocemos la constante dieléctrica del hielo puro y sabemos cuál es la constante dieléctrica del aire, pero tanto la cantidad de aire como la de hielo pueden variar considerablemente de un copo de nieve a otro. Además, los copos de nieve también se escarchan y se funden. Esto significa que también se puede encontrar agua en la superficie –¡otra complicación más!".
Por eso, "nuestros cálculos sobre las nevadas a escala mundial son muy inciertos", explica Petersen. Esto se aplica tanto para los radares con base en tierra como para los radares ubicados en el espacio. Sólo en áreas en donde habitualmente se mide la profundidad de la nieve mediante métodos de "sondeo del suelo", los científicos obtienen estimaciones adecuadas sobre la cantidad de agua que cae en forma de nieve. El problema es que "hay relativamente pocos de estos sitios de medición, comparados con la vasta extensión que se necesita medir".
La nieve desempeña un gran papel en el clima. Cuando el agua se evapora, transporta mucho calor (razón por la cual la piel se refresca con el sudor mientras éste se evapora). Después, cuando esa humedad se condensa dentro de las nubes para formar copos de nieve, libera este calor almacenado y de ese modo calienta el aire. Cuanta más nieve se cristaliza, más calor se libera, lo cual, a su vez, genera viento. Cuando la nieve cae, extrae agua de la atmósfera y, en consecuencia, la seca más. La nieve del suelo refleja la luz del Sol hacia el espacio, lo que contribuye a enfriar el planeta. Por consiguiente, es de vital importancia aprender a representar correctamente la caída de nieve a escala mundial en simulaciones climáticas computarizadas para poder predecir con exactitud el futuro comportamiento del clima real.
Muchos de los estudios recientemente financiados desarrollarán métodos para estimar los porcentajes de nevadas a partir de la información proporcionada mediante radar.
Esto resulta oportuno ya que en el año 2013 la NASA planea lanzar un nuevo radar a bordo del satélite de la Misión de Medición de Precipitaciones Globales (GPM, por sus siglas en inglés). El satélite GPM ampliará las observaciones del satélite TRMM al estudiar por primera vez las precipitaciones más allá de los trópicos, en una órbita inclinada con un ángulo que lo llevará casi hasta el Círculo Ártico (65 grados de latitud). En estas altas latitudes, el satélite GPM encontrará mucha nieve.
Además de nieve, el satélite GPM podrá detectar precipitaciones menos densas, que el TRMM no puede registrar. Si la cantidad de lluvia caída es inferior a 1 milímetro por hora, el TRMM no puede detectarla. Esto casi nunca representa un problema en los trópicos, pero en latitudes más altas, la llovizna es algo habitual. A pesar de que es suave, esta lluvia puede durar días, provocando el movimiento de grandes volúmenes de agua y liberando mucho calor hacia la atmósfera.
En las naciones industrializadas que cuentan con grandes redes de medición pluvial se llevan registros adecuados de estas lluvias suaves. Pero en la mayor parte del mundo, la llovizna no se registra, lo cual deja un gran vacío en nuestro conocimiento sobre el ciclo hídrico global. El satélite GPM podrá detectar lluvia de hasta 2/10 mm por hora.
Aguaceros, llovizna, nieve –"todo es agua", enfatiza Petersen. "Debemos mantener registros del agua en todas sus formas para verdaderamente entender el clima de la Tierra".