Efectos atmosfericos en la Luna?

Durante los años iniciales de la exploración lunar en la era Apollo, se descubrió que la luz solar se dispersa en el borde lunar dando lugar a un "resplandor de horizonte" y "rayos" por encima de la superficie lunar, tal como los que se ven en la Tierra.

Una de las primeras imagenes del resplandor del horizonte. Al no tener nuestra luna atmósfera, no debería verse ningún brillo antes de la salida del Sol por el horizonte.... sin embargo el brillo es visible.

De donde sale ese efecto óptico, si la Luna no tiene una atmósfera como nuestro planeta?

Es visible en los crepúsculos lunares, tanto por las sondas de superficie, como por los astronautas en órbita. Estas observaciones fueron bastante inesperadas, ya se pensaba que la Luna tenia un ambiente prístino con una atmósfera insignificante (exosfera).

Observaciones de la era Apollo

En el primer modelo para explicar el resplandor del horizonte (RH) observado por el Surveyor-7, se supuso que  fue causado por granos de polvo electrostático que levitan, con radios de aproximadamente 5 micras (5 milésimos de milímetro), y que alcanzan alturas de unos 3-30 cm por encima de irregularidades de la superficie, en la región del Terminador (el Terminador es la separación entre el día y la noche lunar). 

Boceto realizado por Eugene Cernan, uno de los astronautas de la Apolo 17 desde la órbita lunar. A la izquierda el dibujo original, a la derecha las aclaraciones. En rojo se ve la Luz zodiacal mas el brillo de la corona solar. En azul el Resplandor del horizonte, coincidente con las fotografías del Surveyor 7. En verde, los "rayos" solares, que muestran la luz solar pasando entre las irregularidades del terreno lunar, iluminando las partículas de polvo a mayor altura.

Cual es el origen del polvo? Observaciones de RH indican que es diez millones de veces demasiado brillante para ser explicado por eyecciones secundarias de los impactos de micro-meteoritos.

Bocetos realizados por los astronautas en órbita lunar de la salida del Sol mostraron RH y "rayos", junto con la luz zodiacal y el brillo de la corona solar, sobre la superficie lunar, que también fueron detectados previamente en las misiones Apollo 8, 10 y 15.

En la Tierra también se producen "rayos", pero el origen es completamente diferente.

Rayos solares en la Tierra. Es la iluminación (efecto Tyndall) fundamentalmente de la humedad por la luz solar pasando entre las nubes.

Sin embargo, en la Apollo 16, Ken Mattingly que esperaba ver el efecto, reporto la Luz zodiacal y brillo coronal, sin RH ni rayos....

Para colmo, análisis del brillo de la Corona Solar, en las Apollo 15 y 17 mostraron un exceso de brillo, que podría ser debido a esta "atmósfera de polvo", sin embargo en la Apollo 16, no había ningún exceso....

Es como que el efecto iba y venia....

Las comparaciones con un modelo de dispersión de luz, indica que el RH tendría una altura como maximo de unos 100 km y es por lo tanto, poco probable que sea causada por los gases en la exosfera lunar (la Luna tiene una débil atmósfera de gas, generada por átomos de sodio que se pierden de la superficie), que tienen mucho mayores alturas. Además, el brillo de vapor de los gases están por debajo de la umbral de visibilidad para el ojo humano sin ayuda.

Otras detecciones

Algunos experimentos de detección de meteoritos lunares (LEAM) llevados a la Luna por la Apollo 17, detectaron el transporte de polvo lunar cargado electrostáticamente. Los impactos de polvo eran detectados con un máximo unas diez horas de la salida del Sol -alrededor de las regiones del Terminador, lo que indicaría una relación con las observaciones del RH.

El equipo LEAM (en primer plano, con cuatro patas), llevado por los astronautas  de la Apollo 17.

El exceso de brillo en las fotografías de la corona solar, tomadas desde la órbita, sobre el Terminador lunar fueron analizados y no podían ser explicados por una nube de contaminantes orbitando conjuntamente con las naves espaciales. 

En su lugar, se concluyó que ha de ser debido a una "Atmósfera de polvo" variable de la Luna de unos 0,1 micras de polvo, que se extiende a altitudes de más de 100 km, creada por un mecanismo de suspensión electrostática. (compatible con las observaciones de las Apollo) y de 5 micras a baja altura (compatible con las Surveyor)

Que sucede?

Las investigaciones posteriores han demostrado que la luz del Sol es probablemente dispersada por polvillo lunar cargado electrostáticamente, procedente de la superficie. Recién después de mas de 40 años se hizo un modelo apropiado (2012).

La superficie lunar se carga electrostáticamente por la interacción a gran escala de la Luna con el entorno de plasma solar (el viento solar) y la fotoemisión de electrones, debido a la luz ultravioleta (UV) solar y los rayos X. 

Los granos de polvo por este efecto, tienen igual carga, por lo que se repelen entre si, de manera tal que bajos ciertas condiciones, el polvo es levantado por encima de la superficie. Este fenómeno explicaria como el polvo microscopico puede alcanzar altitudes de unos 100 km sobre la superficie lunar, y el mas pesado, queda cerca de la superficie.

Dinámica del polvo

El polvo esta expuesto a la radiación UV, que lo ioniza. Así las micro partículas  tienen dos fuerzas fundamentales: la electrostática (Fq) y la gravitacional (Fg).

En el modelo dinámico, al principio las dos fuerzas son casi iguales, pero cuando se carga lo suficiente, la Fq es mucho mayor que la Fg, haciendo que el grano salga disparado hacia arriba, en una trayectoria casi parabólica.

Del lado iluminado, la superficie lunar se carga positivamente, del lado oscuro, negativamente. En el Terminador es donde el polvillo sufre el efecto, y es disparado hacia arriba. El diagrama no esta a escala.

Se requiere mas investigación

Es posible que este polvillo interfiera en algunos tipos de comunicaciones, o las observaciones astronómicas desde la superficie lunar, y no solo en el Terminador.

Por estos motivos, la NASA planea enviar en agosto de 2013 la misión LADEE, que podrá determinar exactamente el motivo de estos efectos, y como podrían afectar la exploración lunar futura.

Simulacion de lo que podría detectar la nave LADEE. Arriba, el Resplandor del horizonte. En el segundo cuadro, el brillo de la corona solar mas la luz zodiacal. En el tercero, la emisión de sodio (que seria la atmósfera lunar), y el el cuarto, la suma de todos los efectos. Nota que mide unos 20 grados de azimut (horizontal) y cuatro grados de altura (vertical).