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Publicación científica sobre Ciencias Planetarias

Rocas Calientes, Regolito Frío
INVESTIGACIÓN

Rocas Calientes, Regolito Frío.

roberto bartali Meteoritos
JULIO AGOSTO 2021

Las naves espaciales que se encuentran en órbita baja alrededor de nuestro satélite natural, la Luna, poseen cámaras con sensores de muy alta resolución los cuales permiten obtener imágenes, en la parte visible del espectro electromagnético, de hasta 25 cm por píxel.

En lo que respecta a los sensores infrarrojos, la tecnología actual no permite tener píxeles muy pequeños y comparables con los que se utilizan para las fotografías en el visible, por lo que las imágenes infrarrojas son de mucha más baja resolución, aun así, los datos que podemos obtener son extremadamente valiosos.

Debido a que la fotografía infrarroja permite determinar diferencias en la temperatura de los cuerpos o del ambiente, se puede aplicar a muchos estudios geofísicos tanto en ámbito terrestre como espacial.

El infrarrojo fue descubierto por el científico y músico alemán-inglés William Herschel quien en 1800 dispersó luz blanca a través de un prisma y midió con termómetros de bulbos la temperatura de los colores. Obtuvo un mayor valor en su termómetro control que se encontraba “más allá del rojo” ésta fue la primera vez que “veíamos” una energía diferente al visible. A esta zona del espectro electromagnético hoy la conocemos como región infrarroja y se extiende aproximadamente desde 780 nanómetros nm hasta 1 000 μm.

Medición de la temperatura superficial.

Cualquier cuerpo que se encuentre a una temperatura superior al cero absoluto (-273.15º C), sin tomar en cuenta otros factores físicos, emite radiación electromagnética a una frecuencia que depende de su temperatura. Esto es posible gracias a la ley de Wien (L=b/T en donde L=longitud de onda de la radiación emitida, b=2898 μm·K constante y T=temperatura del objeto en Kelvin), por ejemplo, el cuerpo humano cuya temperatura basal es de aproximadamente 37º C emite ondas electromagnéticas en un rango de longitudes de onda que comienzan alrededor de 3 µm, con un máximo en 10 µm y luego se desvanece. Esta longitud de onda pertenece a la parte del espectro electromagnético que denominamos Infrarrojo el cual se divide en tres grandes secciones: cercano, mediano y lejano y abarca las longitudes de onda entre 0.7 µm hasta 500 µm.

En la actualidad se utilizan sensores digitales de tipo CCD (Charge Coupled Devices, Dispositivos de Cargas Acopladas) de diferente tipo y forma de trabajar que utilizan el silicio cómo elemento foto-sensible, sin embargo son poco eficientes para detectar la parte infrarroja del espectro electromagnético. Para estas longitudes de onda se usan sensores basados en Galio, Arsénico, Indio y Mercurio, entre otros. Los sensores de tipo CCD son muy comunes y los podemos encontrar en los teléfonos celulares, cámaras fotográficas, de video y por supuesto en los telescopios espaciales. Se usan para detectar longitudes de onda desde el ultravioleta hasta el infrarrojo lejano, la diferencia básica entre cada uno es el tipo de semiconductor utilizado, porque el modo de funcionamiento es muy similar. Los fotones que llegan al semiconductor son absorbidos por los átomos y este a su vez libera electrones que son almacenados en unas regiones específicas del dispositivo para luego ser exportados a la computadora por medio de un circuito electrónico y allí ser procesados para producir una imagen.

Temperatura de la Luna.

El Diviner Lunar Radiometer Experiment (DLRE) (https://www.diviner.ucla.edu/) es uno de los instrumentos a bordo de la nave Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA. El LRO fue lanzado en 2009 y desde esa fecha está analizando la Luna. Se encuentra en una órbita elíptica con una distancia mínima de 20 km y una máxima de 165 km de la superficie de nuestro satélite natural. Además de obtener gran cantidad de fotografías en alta resolución (hasta 50 cm/px), obtiene datos topográficos que, junto con las fotografías, dan la posibilidad de reconstruir el 98% de la Luna en 3D con resolución de 100 m. El DLRE (figura 1) es un instrumento desarrollado en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) en conjunto con el Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Pasadena. Su principal objetivo es el de medir la radiación infrarroja emitida por la superficie lunar y por las capas de regolito inmediatamente debajo de la superficie, por medio de técnicas de percepción remota. Estas mediciones son importantes para identificar regiones de baja temperatura que podrían contener depósitos de hielo y determinar la rugosidad de la superficie, ambas informaciones son de fundamental importancia para determinar los posibles lugares de alunizaje de las futuras misiones y, sobre todo, para la instalación de las bases autónomas y habitadas. El DLRE es el instrumento que ha permitido realizar un mapeo térmico completo de un cuerpo celeste en diferentes horas del día y de la noche y a lo largo de todas las estaciones lunares. Gracias a eso ha sido posible determinar una relación de proporcionalidad entre las diferencias de temperatura y la rugosidad del terreno debido a que el regolito fino absorbe y emite una cantidad muy diferente de radiación infrarroja que las regiones en las que prevalecen las rocas. Utilizando esta información, en conjunto con las imágenes de alta resolución, es posible, por ejemplo, calcular la cantidad de erosión que han sufrido los cráteres.

La Luna es un cuerpo que sufre de temperaturas extremas por tres razones: la atmósfera es prácticamente inexistente por lo que no hay nada que distribuya y estabilice la temperatura superficial; la rotación sobre su eje es muy lenta (27.32 días) por lo que el Sol ilumina la misma región durante casi dos semanas consecutivas; el eje de rotación tiene una inclinación de solo 1.54 grados con respecto a la eclíptica (el plano de la órbita terrestre alrededor del Sol) por lo que la luz solar incide casi perpendicularmente en el ecuador y en cambio, en algunas regiones polares, nunca llegan los rayos del Sol. Como se puede apreciar en los dos mapas de la figura 2, las temperaturas en el día en el ecuador alcanzan casi los 400 K (127° C), y durante la noche bajan a 95 K (-178° C). Esta diferencia de temperatura es muy superior a la que experimentamos en la Tierra, aunque al mediodía tengamos temperaturas de 35º C, en la noche difícilmente bajará a menos de 10º C, por lo que la máxima diferencia de temperaturas entre el día y la noche puede ser de unos 25º o 30º, diez veces menos de la excursión térmica que sufre la Luna. En el mapa térmico de la figura 2 se puede observar también que, durante el día en las regiones polares, hay áreas azules por lo que allí la temperatura es muy baja, de hecho, no hay mucha diferencia entre la temperatura diurna y la nocturna. Esas regiones son de muy alto interés porque contienen grandes cantidades de agua congelada y pueden ser las que abastezcan a las futuras bases lunares habitadas del vital líquido y del oxígeno para ser utilizado como combustible y la supervivencia humana.


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