Científicos de la NASA encuentran evidencia de la historia del sol enterrada en la corteza de la luna

Una concepción artística de la Tierra primitiva, que muestra una superficie golpeada por un gran impacto, que resulta en la extrusión de magma profundo en la superficie. Créditos: Simone Marchi.

El sol es por eso que estamos aquí. También es por eso que los marcianos o las venusianas no existen. 

Cuando el Sol era solo un bebé hace cuatro mil millones de años, sufrió violentos episodios de radiación intensa, escupiendo nubes de alta energía y partículas en todo el sistema solar. Estos estragos de juventud en su crecimiento ayudaron a sembrar vida en la Tierra primitiva al encender reacciones químicas que mantuvieron a la Tierra caliente y húmeda. Sin embargo, estas rabietas solares también pueden haber evitado que la vida emerja en otros mundos despojándolos de atmósferas y destruyendo sustancias químicas nutritivas. 

Lo destructivos qué fueron estos arrebatos primordiales para otros mundos, habrían dependido de la rapidez con que el bebé Sol girara sobre su eje. Cuanto más rápido girara el Sol, más rápido habría destruido las condiciones de habitabilidad. 

Sin embargo, esta pieza crítica de la historia del Sol tiene científicos atormentados, dijo Prabal Saxena, astrofísico del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Saxena estudia cómo el clima espacial, las variaciones en la actividad solar y otras condiciones de radiación en el espacio, interactúan con las superficies de los planetas y lunas. 

Ahora, él y otros científicos se están dando cuenta de que la Luna, donde la NASA enviará astronautas para el año 2024, contiene pistas sobre los antiguos misterios del Sol, que son cruciales para comprender el desarrollo de la vida. 

"No sabíamos cómo se veía el Sol en sus primeros mil millones de años, y es muy importante porque probablemente cambió la evolución de la atmósfera de Venus y la rapidez con la que perdió agua. También probablemente cambió la rapidez con que Marte perdió su atmósfera, y Cambió la química atmosférica de la Tierra ", dijo Saxena. 

La conexión sol-luna 

Saxena se topó con la investigación del misterio de la rotación del Sol al tiempo que contemplaba uno aparentemente no relacionado: ¿Por qué, cuando la Luna y la Tierra están formadas por la misma materia, hay significativamente menos sodio y potasio en el regolito lunar, o suelo de la Luna, que en el suelo de la Tierra? 

Esta pregunta, también revelada a través de análisis de muestras de la Luna de la era del Apolo y meteoritos lunares encontrados en la Tierra, ha desconcertado a los científicos durante décadas y ha desafiado a la teoría principal de cómo se formó la Luna. 

Una vista de cerca de la muestra lunar Apolo 16 no. 68815, un fragmento desalojado de una roca madre de aproximadamente cuatro pies de alto y cinco pies de largo. Créditos: NASA / JSC

Nuestro satélite natural tomó forma, dice la teoría, cuando un objeto del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra hace unos 4.500 millones de años. La fuerza de este choque envió materiales en órbita, donde se unieron en la Luna. 

"La Tierra y la Luna se habrían formado con materiales similares, entonces la pregunta es, ¿por qué se agotaron en la Luna en estos elementos?" dijo Rosemary Killen, una científica planetaria de la NASA Goddard que investiga el efecto del clima espacial en las atmósferas y exoesferas planetarias. 

Los dos científicos sospecharon que una gran pregunta informaba a la otra: que la historia del Sol está enterrada en la corteza de la Luna. 

El trabajo anterior de Killen sentó las bases para la investigación del equipo. En 2012, ayudó a simular el efecto que la actividad solar tiene sobre la cantidad de sodio y potasio que se envía a la superficie de la Luna o se elimina por una corriente de partículas cargadas del Sol, conocida como viento solar, o por las poderosas erupciones conocidas. Como eyecciones de masa coronal. 

Saxena incorporó la relación matemática entre la velocidad de rotación de una estrella y su actividad de destello. Esta información fue obtenida por científicos que estudiaron la actividad de miles de estrellas descubiertas por el telescopio espacial Kepler de la NASA: cuanto más rápido gira una estrella, más violentas son sus expulsiones. "A medida que aprendes sobre otras estrellas y planetas, especialmente estrellas como nuestro Sol, empiezas a tener una idea más amplia de cómo evolucionó el Sol con el tiempo", dijo Saxena. 

El Observatorio de Dinámica Solar de la NASA capturó esta imagen de una llamarada solar el 2 de octubre de 2014. La llamarada solar es el destello de luz brillante en la extremidad derecha del Sol. Justo debajo se puede ver una explosión de material solar que emerge en el espacio. Créditos: NASA / SDO.

Usando modelos informáticos sofisticados, Saxena, Killen y sus colegas creen que finalmente pudieron haber resuelto ambos misterios. Sus simulaciones por ordenador, que describieron el 3 de mayo en The Astrophysical Journal Letters, muestran que el Sol temprano giraba más lento que el 50% de las estrellas bebés. Según sus estimaciones, dentro de sus primeros mil millones de años, el Sol tardaba al menos 9 a 10 días en completar una rotación. 

Determinaron esto simulando la evolución de nuestro sistema solar bajo una estrella lenta, media y luego de rotación rápida. Y encontraron que solo una versión, la estrella de rotación lenta, fue capaz de disparar la cantidad correcta de partículas cargadas en la superficie de la Luna para agregar suficiente sodio y potasio al espacio para dejar las cantidades que vemos hoy en día en las rocas lunares. 

"El clima espacial fue probablemente una de las principales influencias sobre cómo evolucionaron todos los planetas del sistema solar", dijo Saxena, "por lo que cualquier estudio de la habitabilidad de los planetas debe considerarlo". 

La vida bajo el sol primigenio 

La tasa de rotación del Sol temprano es en parte responsable de la vida en la Tierra. Pero para Venus y Marte, ambos planetas rocosos similares a la Tierra, pueden haberlo excluido. (Mercurio, el planeta rocoso más cercano al Sol, nunca tuvo la oportunidad). 

La atmósfera de la Tierra fue una vez muy diferente de la dominada por el oxígeno que encontramos hoy. Cuando la Tierra se formó hace 4.600 millones de años, una delgada capa de hidrógeno y helio se adhirió a nuestro planeta fundido. Pero las explosiones del joven Sol eliminaron esa neblina primordial en 200 millones de años. 

A medida que la corteza terrestre se solidificaba, los volcanes tosían gradualmente una nueva atmósfera, llenando el aire con dióxido de carbono, agua y nitrógeno. Durante los siguientes mil millones de años, la vida bacteriana más temprana consumió ese dióxido de carbono y, a cambio, liberó metano y oxígeno a la atmósfera. La Tierra también desarrolló un campo magnético, que ayudó a protegerlo del Sol, permitiendo que nuestra atmósfera se transforme en el aire rico en oxígeno y nitrógeno que respiramos hoy. 

"Tuvimos la suerte de que la atmósfera de la Tierra sobreviviera a los terribles tiempos", dijo Vladimir Airapetian, un importante heliofísico y astrobiólogo de Goddard que estudia cómo el clima espacial afecta la habitabilidad de los planetas terrestres. Airapetian trabajó con Saxena y Killen en el estudio inicial de Sun. 

Si nuestro Sol hubiera sido un rotador rápido, habría estallado con súper llamaradas 10 veces más fuertes que cualquiera registrada históricamente, y al menos 10 veces al día. Incluso el campo magnético de la Tierra no habría sido suficiente para protegerlo. Las explosiones del Sol habrían diezmado la atmósfera, reduciendo la presión del aire tanto que la Tierra no retendría agua líquida. "Podría haber sido un ambiente mucho más duro", señaló Saxena. 

El sol girando. Créditos: NASA

Pero el Sol giró a un ritmo ideal para la Tierra, que prosperó bajo la joven estrella. Venus y Marte no tuvieron tanta suerte. Venus estuvo alguna vez cubierto de océanos de agua y pudo haber sido habitable. Pero debido a muchos factores, incluida la actividad solar y la falta de un campo magnético generado internamente, Venus perdió su hidrógeno, un componente crítico del agua. Como resultado, sus océanos se evaporaron en sus primeros 600 millones de años, según estimaciones. La atmósfera del planeta se llenó de dióxido de carbono, una molécula pesada que es más difícil de eliminar. Estas fuerzas llevaron a un efecto invernadero desbocado que mantiene a Venus a 864 grados Fahrenheit (462 grados Celsius), demasiado caliente para la vida. 

Marte, más alejado del Sol que la Tierra, parece estar más a salvo de los estallidos estelares. Sin embargo, tenía menos protección que la Tierra. Debido en parte al débil campo magnético del planeta rojo y la baja gravedad, el Sol temprano gradualmente fue capaz de soplar su aire y agua. Hace unos 3.700 millones de años, la atmósfera marciana se había vuelto tan delgada que el agua líquida se evaporaba inmediatamente en el espacio. (El agua todavía existe en el planeta, congelada en los casquetes polares y en el suelo). 

Después de influir en el curso de la vida (o la falta de ella) en los planetas internos, el envejecimiento del Sol gradualmente desaceleró su ritmo y continúa haciéndolo. Hoy, gira una vez cada 27 días, tres veces más lento que en su infancia. El giro más lento lo hace mucho menos activo, aunque el Sol todavía tiene arrebatos violentos de vez en cuando. 

Explorando la luna, testigo de la evolución del sistema solar 

Para aprender sobre el Sol temprano, dijo Saxena, no debes mirar más allá de la Luna, uno de los artefactos mejor conservados del joven sistema solar. 

"La razón por la que la Luna termina siendo un calibrador realmente útil y una ventana al pasado es que no tiene una atmósfera molesta ni placas tectónicas que resurgen en la corteza", dijo. "Entonces, como resultado, puedes decir: 'Oye, si las partículas solares o cualquier otra cosa lo golpean, el suelo de la Luna debería mostrar evidencia de eso'". 

Las muestras de Apolo y los meteoritos lunares son un excelente punto de partida para explorar el sistema solar temprano, pero solo son piezas pequeñas en un rompecabezas grande y misterioso. Las muestras provienen de una pequeña región cerca del ecuador lunar, y los científicos no pueden decir con total certeza de dónde provenían los meteoritos de la Luna, lo que hace que sea difícil ubicarlos en el contexto geológico. 

Dado que el Polo Sur es el hogar de los cráteres permanentemente sombreados, donde esperamos encontrar el material mejor conservado en la Luna, incluida el agua congelada, la NASA pretende enviar una expedición humana a la región para el año 2024. 

Si los astronautas pueden obtener muestras del suelo lunar de la región más al sur de la Luna, podría ofrecer más pruebas físicas de la rotación del Sol en su infancia, dijo Airapetian, quien sospecha que las partículas solares habrían sido desviadas por el antiguo campo magnético de la Luna hace 4 mil millones de años y depositado en los polos: "Así que uno esperaría, aunque nunca lo hayamos visto, que la química de esa parte de la Luna, la expuesta al sol joven, estaría mucho más alterada que las regiones ecuatoriales. Así que hay mucha ciencia por hacer allí ". 

Fuente: NASA/Goddard Space Flight Center