Misterio resuelto: por qué las dos caras de la Luna son tan diferentes

Dos recientes estudios de la NASA, publicados en 'Nature' y 'Nature Astronomy', son un ejemplo excelente de cómo el análisis de los datos gravitacionales recopilados por naves espaciales en órbita está revolucionando nuestra comprensión de las estructuras planetarias. Y todo sin necesidad de posarse en su superficie. Aunque la Luna, nuestro satélite natural, y Vesta, un gigantesco asteroide que reside en el cinturón principal entre Marte y Júpiter, son cuerpos celestes muy diferentes, ambas investigaciones han empleado una técnica similar para revelar detalles inéditos sobre sus composiciones internas.

Para el estudio lunar, publicado en 'Nature', los investigadores desarrollaron un nuevo modelo gravitacional de nuestro satélite en el que se tienen en cuenta las minúsculas variaciones en su campo gravitatorio a lo largo de su órbita elíptica alrededor de la Tierra.

Dichas fluctuaciones provocan que la Luna se deforme ligeramente debido a la 'fuerza de marea' que ejerce nuestro planeta, un fenómeno conocido como 'deformación mareal'. Esta sutil 'flexión' lunar proporciona información crucial sobre su estructura interna profunda. Sería como apretar con la mano una pelota de goma. Su forma cambiaría debido a la presión. De manera similar, la Tierra ejerce una 'presión' gravitacional sobre la Luna, haciendo que se estire y se contraiga ligeramente a medida que orbita. La forma en que la Luna responde a esta presión, es decir, el modo en que se deforma, depende de cómo esté distribuida la masa en su interior. Un interior más rígido, de hecho, se deformará menos que uno más flexible.

Gracias a su sofisticado modelo informático, los investigadores produjeron el mapa gravitacional lunar más detallado hasta la fecha. Una cartografía extremadamente precisa de la gravedad lunar que, por cierto, no solo sirve para esta clase de estudios científicos, sino que constituye también una herramienta de incalculable valor para futuras misiones espaciales.

El logro fue posible gracias al análisis exhaustivo de los datos recopilados por la misión GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) de la NASA. Las dos naves espaciales gemelas de esta misión, llamadas Ebb y Flow (Flujo y Reflujo), orbitaron la Luna desde diciembre de 2011 hasta diciembre de 2012, midiendo con una precisión asombrosa las minúsculas variaciones de su campo gravitatorio.

Uno de los hallazgos más intrigantes de este estudio se centra en las diferencias entre la cara visible de la Luna (la que siempre nos muestra) y su cara oculta. Mientras que la primera está dominada por vastas y oscuras llanuras, conocidas como 'mares lunares', y están hechas de roca fundida que se enfrió y solidificó hace miles de millones de años, la cara oculta es mucho más montañosa y accidentada, y con pocos 'mares'.

Algunas teorías sugieren que la causa de estas disparidades podría ser un intenso vulcanismo en la cara visible. El proceso habría provocado la acumulación de elementos radiactivos, generadores de calor, en las profundidades del manto. Algo que el nuevo estudio confirma, erigiéndose así en la evidencia más sólida hasta ahora de esa hipótesis.

«Descubrimos que la cara visible de la Luna se flexiona más que la cara oculta - explica Ryan Park, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California y líder de ambos estudios-, lo que significa que hay algo fundamentalmente diferente en la estructura interna de ambas caras. Cuando analizamos los datos por primera vez, el resultado nos sorprendió tanto que no lo creímos. Así que repetimos los cálculos muchas veces para verificar los hallazgos. En total, esto representa una década de trabajo«.

Al comparar sus resultados con otros modelos existentes, el equipo de Park encontró una pequeña pero significativa diferencia en la cantidad de deformación entre los dos hemisferios lunares. La explicación más probable es que la cara visible está hecha de materiales que proceden de una región del manto más cálida. Lo cual, además, es una fuerte evidencia de la actividad volcánica que moldeó la superficie de la cara visible hace entre 2.000 y 3.000 millones de años.

En el segundo estudio, publicado en 'Nature Astronomy', los investigadores aplicaron una técnica similar para analizar las propiedades rotacionales de Vesta, un cuerpo celeste mucho más pequeño que la Luna. Utilizando datos radiométricos de la Red del Espacio Profundo de la NASA e imágenes de la nave espacial Dawn, que orbitó el asteroide entre julio de 2011 y septiembre de 2012, el equipo descubrió algo sorprendente sobre su estructura interna.

Hasta ahora, la teoría predominante sugería que Vesta, al igual que los planetas terrestres, como el nuestro, debería tener capas internas bien definidas: una corteza rocosa, un manto y un núcleo de hierro denso. Sin embargo, los nuevos hallazgos mostraron que el interior de Vesta podría ser mucho más uniforme, con un núcleo de hierro muy pequeño o incluso inexistente.

Para comprender cómo se llegó a esta conclusión, es necesario conocer el concepto de 'momento de inercia'. Imaginemos a una patinadora girando con los brazos extendidos. Si los recoge, hasta pegarlos a su cuerpo, su velocidad de giro aumenta. Esto se debe a que su momento de inercia disminuye al acercar masa (los brazos) a su eje de rotación. De manera similar, al medir la forma en que Vesta se 'bambolea' mientras gira, los científicos pueden determinar su momento de inercia, una propiedad muy sensible a la distribución de la masa en su interior. Un momento de inercia bajo indicaría una concentración de masa hacia el centro, mientras que un momento de inercia alto sugeriría una distribución más uniforme.

Las mediciones del equipo de Park revelaron que Vesta se ajusta a la segunda posibilidad, lo que apunta a una distribución de masa más homogénea y a un núcleo denso muy pequeño, o incluso ausente. El hallazgo desafía las teorías previas sobre la formación de Vesta.

Generalmente, la gravedad hace que, con el tiempo, los elementos más pesados se hundan hacia el centro de un cuerpo planetario, como ocurrió, por ejemplo, con el núcleo de hierro líquido de la Tierra. Que Vesta tenga una estructura más homogénea podría indicar que no llegó a formar capas diferenciadas o que se formó a partir de los fragmentos de otro cuerpo planetario tras un impacto masivo.

Es importante señalar que este enfoque de utilizar datos de gravedad para inferir la estructura interna de los cuerpos celestes no es exclusivo de la Luna y Vesta. En 2016, en efecto, el propio Ryan Park ya aplicó la misma técnica a datos de la misión Dawn para estudiar Ceres, el planeta enano ubicado también en el cinturón de asteroides. Los resultados de aquel estudio sugirieron un interior parcialmente diferenciado para Ceres.

Más recientemente, Park y su equipo extendieron esta metodología a Io, la volcánica luna de Júpiter. Utilizando datos recopilados por las naves espaciales Juno y Galileo de la NASA durante sus sobrevuelos del satélite joviano, y combinándolos con observaciones terrestres, los científicos midieron los sutiles cambios de la gravedad de Io a medida que orbita Júpiter, un planeta enorme y que ejerce una poderosa fuerza de marea. Sus hallazgos revelaron que es poco probable que Io posea un océano global de magma, una hipótesis que había sido considerada previamente.

«Nuestra técnica -asegura Park- no se limita solo a Io, Ceres, Vesta o la Luna. Hay muchas oportunidades en el futuro para aplicarlo al estudio de los interiores de intrigantes cuerpos planetarios en todo el Sistema Solar».