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Procesos Electromagnéticos y Exploración Lunar
Procesos Electromagnéticos y Exploración Lunar
Andrés Felipe Ruiz Hurtado1, 285714
1Universidad
Nacional de Colombia
Resumen
La luna posee cierto ambiente electromagnético dinámico, la exploración lunar se encuentra influenciada por estas características ambientales que pueden atrofiar el equipo utilizado en las misiones o afectar a los astronautas. Todas estas características tienen relación con las interacciones de partículas cargadas, campos eléctricos, campos magnéticos y diferencias de
potencial generadas en la superficie lunar. En aras de futuras exploraciones lunares y espaciales, el entendimiento de dichos
campos es indispensable.
Palabras claves: Viento Solar, Magnetósfera, Plasma.
campos eléctricos y por lo tanto zonas con potencial eléctrico. Este ambiente (campo-plasma) es generado además por
campos interplanetarios y en especial la radiación UV del
sol.
1. Introducción
Los recientes descubrimientos de moléculas de agua en la
luna, generan más expectativas en cuanto al futuro de la
exploración lunar y la posibilidad de construcción de asentamientos lunares de investigación científica. Aún así, la
posibilidad de bases lunares es una realidad distante que por
el momento se encuentra frenada por las condiciones tecnológicas actuales y además, por nuevos descubrimientos en la
naturaleza de los procesos electromagnéticos frecuentes
sobre la superficie lunar. La luna se ve afectada por distintos fenómenos electromagnéticos relacionados con vientos
solares y estelares e incluso por la magnetósfera terrestre.
Estos fenómenos electromagnéticos inherentes en la naturaleza pueden afectar el equipo destinado a la exploración
lunar, condición que los científicos actualmente buscan
solucionar y es en este punto en que el estudio físico y astro
físico de los fenómenos relacionados con las interacciones
electromagnéticas toma importancia, y su explicación permite el entendimiento tanto de la fenomenología terrestre
como del espacio mismo e incluso el avance de la exploración espacial.
Bajo este contexto y a partir de los distintos estudios realizados desde los inicios de la era de la exploración espacial,
se ha determinado que los rayos UV son una causa fundamental de la carga en la superficie lunar [1]. La inclinación
lunar permite que la radiación solar incida casi horizontalmente sobre los polos y el terminador, que es la zona que
diferencia la parte iluminada de la oscura en la luna, es un
buen estimador para definir la diferencia de potencial eléctrico.
Tanto la concentración de partículas cargadas como de
zonas magnetizadas en la superficie lunar difiere altamente
entre las zonas polares y la zona ecuatorial del satélite. Por
ejemplo, la zona iluminada tiene directa incidencia de los
rayos Ultra Violeta, y el choque de fotones con los electrones del ambiente lunar generan un bajo voltaje positivo en
este lado de la superficie que podría alcanzar una altitud de
1 m. Por el contrario, en la zona oscura de la luna domina el
plasma de electrones que puede incrementar el potencial
eléctrico a unos cientos de voltios (negativos) a una altitud
de 1 Km (Figura 1).
2. Descripción
La luna no posee una magnetósfera, lo que incrementa considerablemente su interacción con el viento solar. Aún así,
si posee ciertas zonas magnetizadas cuya explicación aún no
es clara para los científicos. Esto implica que la luna se
encuentre rodeada de cierto ambiente electromagnético que
incluye tanto electrones, iones y plasma. La interacción
entre estas partículas cargadas implica cierta formación de
1
Fig 2: Flujo de viento solar en los cráteres polares
Otro factor que influye en el comportamiento electromagnético de la luna tiene relación con su interacción con la magnetósfera terrestre. Durante el 25 \% de su periodo orbital, la
luna se encuentra inmersa en la magnetósfera terrestre. Ya
que la luna posee un ambiente cargado, un campo magnético genera interacciones entre las particulas con carga.
A partir de la diferencia de carga en la luna (los fotones
provenientes del sol disminuyen significativamente la carga
negativa en la parte iluminada de la luna) y la interacción
temporal con la cola magnética terrestre, la capa de plasma
(campo-plasma) ondea significativamente a su encuentro.
Estas interacciones entre el campo magnético y las partículas cargadas en el ambiente de plasma generan corrientes
que pueden durar unos pocos segundos a horas o incluso
días dependiendo de la dinámica. En pocas palabras de un
momento a otro la carga en el lado oscuro de la luna puede
incrementarse drásticamente unos miles de voltios y podría
disminuír de la misma forma con respecto al tiempo en que
se encuentre inmersa en la magnetósfera terrestre. Y esto
sería en condiciones normales de plasma en la luna, por lo
que es necesario estudiar que sucedería en una tormenta
solar.
Fig 1: Campo eléctrico inducido sobre la superficie Lunar
En cuanto a la interacción magnética, la luna posee un campo magnético remanente pero muy débil, y su concentración
no es homogénea, se podría decir casi que la luna posee
mini-magnetósferas cuyas causas aún están en debate.
De forma general se pueden clasificar las corrientes de
carga a partir de: la foto emisión de electrones, el plasma de
electrones, el plasma de iones y los electrones secundarios
(aparecen de la ionización de la superficie por el plasma de
electrones). Pero a partir de estas causas, en especial la de
los electrones secundarios, se demuestra que el ambiente
electromagnético no se limita únicamente a la superficie o
corteza lunar, ya que los cráteres tienen su propia dinámica
eléctrica debida al viento solar.
A partir de estudios recientes [2] se ha establecido que el
comportamiento del viento solar en la cercanía de un cráter
lunar (en especial los de incidencia directa del viento solar,
es decir los cráteres polares) tienen un comportamiento
eléctrico complejo.
Mediante simulaciones computarizadas se a descubierto que
el viento solar fluye en el interior de un cráter cargándolo
negativamente debido a que los elementos más livianos del
viento solar (electrones) se acomodan en las paredes del
cráter más rápidamente que los iones positivos y posteriormente estos últimos se acumulan. La cantidad de electrones
supera a la de iones positivos y entonces existe una carga
negativa (inusualmente grande) en el interior del cráter con
posibilidades de descarga.
Fig 3: Ilustración del campo magnético terrestre
2
permitiría el posterior asentamiento de bases lunares estratégicamente localizadas para evitar los efectos del viento
solar en la materia y en los humanos.
3. Exploración Lunar
El futuro de la exploración lunar se encuentra influenciado
por los factores anteriormente descritos. La luna y su ambiente electromagnético tienen un papel importante en el
estudio del sistema Sol-tierra y con los conocimientos físicos y observaciones científicas hasta el momento, se puede
realizar una abstracción de la realidad bastante confiable
que contribuye al entendimiento de la interacciones entre
campos magnéticos y eléctricos y su influencia en el desarrollo de la materia e incluso en el desarrollo de la vida. Los
planes para la exploración lunar buscan en primer lugar
distinguir y predecir claramente las condiciones fenomenológicas de los procesos electromagnéticos que ocurren en la
luna. Es indispensable obtener la capacidad de predecir
dichos acontecimientos en aras de evitar incidentes relacionados con descargas inesperadas debido a altas diferencias
de potencial o al fallo del equipo electrónico utilizado.
El futuro ofrece avances tecnológicos y electrónicos y es
necesario descifrar la posibilidad de fallos en el equipamiento robótico que vaya a ser usado en la misiones de
exploración lunar. Uno de los efectos más sencillos que
podrían provocar un fallo catastrófico en el equipamiento es
la ionización del polvo lunar. Las partículas de polvo lunar
altamente adhesivas y abrasivas se moverían debido al efecto del campo eléctrico lunar y provocarían fallos al hacer
contacto con el equipo tanto electrónico como humano. Las
primeras misiones de Apolo demostraron la influencia del
polvo pegajoso en los trajes de los astronautas.
El siguiente paso en la exploración lunar hace referencia al
estudio del agua en los cráteres polares del satélite lo que a
partir de las recientes investigaciones de cráteres cargados
negativamente, retrasa un poco la tarea de observación.
Entrar a un cráter polar no es tan sencillo debido a la diferencia de potencial existente. En tales ambientes tocar otro
astronauta, una pieza sensible de electrónica o cualquiera de
estas simples acciones podría producir una descarga eléctrica.
Al contrario de la tierra, la superficie lunar es un aislante,
así que no es sencillo encontrar una tierra común a las descargas eléctricas, es deber de las futuras misiones que cada
elemento este conectado a una tierra en caso de descargas.
Para entender la forma en que ocurren las fluctuaciones del
ambiente cargado lunar, en misiones a corto plazo se planea
utilizar instrumentación cercana y a distancia que incluye
espectrómetros de iones, magnetómetros, sondas de campo
eléctrico y espectrómetros de rayos UV incluso se plantea la
posibilidad de que los astronautas lleven consigo sensores.
Un efecto claro del contacto entre la superficie lunar y la
cola magnética terrestre fue registrado en la misión Apolo
que describió luces producidas por el polvo lunar ionizado y
la interacción con el campo magnético.
En cuanto a las zonas levemente magnetizadas sobre la
superficie lunar, se intenta localizarlas y observar sus propiedades como capa protectora contra el viento solar, esto
4. Conclusiones




El estudio del electromagnetismo contribuye al
desarrollo de las exploraciones espaciales y es la
base principal para entender el comportamiento del
sistema sol-luna-tierra.
La fenomenología electromagnética es propia de
la naturaleza y es factor indispensable para comprender el desarrollo de la misma.
La dinámica electromagnética lunar es bastante
compleja y el futuro de la exploración lunar y espacial dependen ampliamente de que tan acertadas
sean las hipótesis y conjeturas acerca de dicho suceso.
La tecnología actual nos permite enviar equipo robótico a la luna para estudiarla, aún así su ambiente
(campo-plasma) puede deteriorar el equipo electrónico, así que es necesario desarrollar tecnología
inmune a dichos fenómenos, los recientes estudios
incentivan el desarrollo tecnológico.
Referencias
[1]
Manka, R.H.: “Plasma and Potential at the Lunar Surface,"
Photon and Particle Interactions With Surfaces in Space,
1973
[2] Dr. Farrel, Bill: "Lunar Polar Craters May Be Electrified,"
NASA/Goddard Space Flight Cente
[3] Freeman, J.W.; and Ibrahim, M.: “Lunar Electric Fields,
Surface Potential and Associated Plasma Sheaths," The
Moon, 1975
3
[4]
“Characterize the Near-Lunar Electromagnetic and Plasma
Environment," Report to the NASA Advisory Council Heliophysics Subcommittee, 2007
[5]
“Map and Determine the Origins of the Moon’s Remanent
Crustal Magnetic Fields," Report to the NASA Advisory
Council Heliophysics Subcommittee, 2007