El misterioso e infernal brillo que proviene de la Luna puede parecer irreal en esta imagen, ya que es invisible para nuestros ojos. Pero los instrumentos que detectan los rayos gamma nos dicen que es real. Más que una simple imagen granulada y roja, es un vívido recordatorio de que hay más cosas que ojos humanos.
También es un recordatorio de que cualquier humano que visite la Luna debe protegerse de esta radiación de alta energía.
De los rayos cósmicos a los rayos gamma
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA capturó estas imágenes de los rayos gamma de la Luna. En esta parte del espectro electromagnético, la Luna es realmente más brillante que el Sol. Esto se debe a que el Sol produce la mayor parte de su energía en otras partes del espectro, aunque emite algunos rayos gamma, especialmente durante las erupciones solares.
La mayoría de los rayos gamma en nuestro Sistema Solar provienen de fuentes distantes como los quásares y los núcleos galácticos activos (AGN). La Luna es una fuente indirecta de radiación gamma y produce rayos gamma a través de su interacción con los rayos cósmicos.
Los rayos cósmicos son un tipo de radiación de alta energía que en su mayor parte se produce fuera de nuestro Sistema Solar. Son producidos por cosas como supernovas y núcleos galácticos activos. Cuando los rayos cósmicos golpean la materia, como la superficie de la Luna en este caso, crean rayos gamma.
Dos científicos del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, Mario Nicola Mazziotta y Francesco Loparco, han estado estudiando la radiación gamma de la Luna como un medio para comprender los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos son partículas que se mueven rápidamente y obtienen su aceleración de sus fuentes, como las supernovas y AGN antes mencionadas.
"Los rayos cósmicos son en su mayoría protones acelerados por algunos de los fenómenos más energéticos del universo, como las explosiones de estrellas y chorros explosivos producidos cuando la materia cae en los agujeros negros", explicó Mazziotta en un comunicado de prensa de la NASA.
Las partículas que forman los rayos cósmicos tienen carga eléctrica. Cuando golpean un campo magnético, como la magnetosfera de la Tierra, se desvían en su mayoría. Pero la Luna carece de un campo magnético. Como resultado, incluso los rayos cósmicos más débiles golpean directamente la superficie de la Luna, y eso produce rayos gamma. La Luna en realidad absorbe la mayoría de los rayos gamma que crea, pero algunos escapan al espacio.
Y el telescopio Fermi puede verlos, convirtiendo la Luna en una especie de detector de partículas inadvertido.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi (FGRST) ha estado funcionando durante 11 años. Mazziotta y Loparco han estudiado imágenes de la Luna a lo largo de la misión del telescopio, y durante ese tiempo, la vista ha mejorado.
"... la Luna nunca pasaría por su ciclo mensual de fases y siempre se vería llena".
Francesco Loparco, Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia.
La fuerza de los rayos gamma de la Luna no siempre es consistente. Varía con el tiempo. Mazziotta y Loparco reunieron datos de los rayos gamma de la Luna que superaron los 31 millones de voltios de electrones, que son 10 millones de veces más potentes que la luz visible, y los organizaron con el tiempo. Eso dio como resultado la siguiente imagen, que muestra la vista mejorando con el tiempo.
"Visto a estas energías, la Luna nunca pasaría por su ciclo mensual de fases y siempre se vería llena", dijo Loparco.
El hecho de que la Luna emita estos rayos gamma es precautorio. El Programa Artemis de la NASA verá a más astronautas en la Luna durante períodos de tiempo potencialmente más largos que otras misiones de la Luna. Tendrán que protegerse tanto de los rayos cósmicos que golpean la Luna como de los rayos gamma de la Luna que resultan.
Una interacción compleja
La interacción entre los rayos cósmicos, los rayos gamma, la Luna y el Sol puede ser compleja. Los rayos gamma pueden tener diferentes niveles de energía. Por ejemplo, estas imágenes FGRST solo capturan rayos gamma que superaron los 31 millones de electronvoltios (MeV) en cierta cantidad. Pero los rayos gamma pueden ser mucho más enérgicos que eso, y pueden estar en miles de millones o incluso billones de MeV.
Dado que la carga eléctrica de los rayos cósmicos significa que pueden ser desviados por los campos magnéticos, y el Sol tiene un poderoso campo magnético, solo los más poderosos pueden golpear al Sol. A su vez, estos poderosos rayos cósmicos golpean la parte densa de la atmósfera del Sol y crean rayos gamma muy poderosos. Entonces, el Sol es realmente más brillante en rayos gamma por encima de mil millones de electronvoltios que la Luna.
El ciclo de 11 años del Sol también afecta los rayos cósmicos que golpean la Luna, y los rayos gamma que resultan. Durante ese ciclo, el Sol experimenta variaciones en su campo magnético. Como resultado, a veces más rayos cósmicos golpean la Luna que otras veces. Esta variabilidad en los rayos cósmicos que golpean la superficie lunar crea una variabilidad en los rayos gamma lunares. Según los datos de Fermi, puede variar en un 20%.
Los rayos gamma que provienen de la Luna, y los rayos cósmicos que los causan, representan una amenaza para los astronautas porque ambos son radiaciones ionizantes con gran poder de penetración. Se necesita mucho blindaje para evitar que golpeen a los astronautas. Los materiales con altos números atómicos son escudos efectivos. El plomo (número atómico 82) es un buen escudo porque también es muy denso.
Para los rayos gamma de baja energía, el riesgo para los astronautas se debe a la exposición a lo largo del tiempo. Piense en un técnico de rayos X versus un paciente de rayos X. La exposición de por vida a los rayos X de un paciente no es muy alta, por lo que un paciente acepta el riesgo. Para el técnico, sin embargo, las cosas son diferentes. Están expuestos cada día de trabajo, por lo que salen de la habitación y están protegidos de los rayos X por materiales como el plomo.
Es similar para los astronautas. Cuanto más tiempo pasan en la Luna en un entorno de rayos gamma / rayos cósmicos, más necesitan limitar su exposición. No solo por blindaje, sino por tiempo.
Tratando de entender el ambiente de radiación de la Luna
Estos datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi están ayudando a los científicos a comprender el riesgo de rayos gamma / rayos cósmicos en la Luna. Si hay momentos en que la Luna emite un 20% menos de radiación gamma debido al ciclo de 11 años del Sol, entonces puede ser sensato aprovechar ese tiempo.
La exposición a la radiación es una de las principales barreras para los viajes espaciales y las misiones espaciales a largo plazo. La magnetosfera y la atmósfera de la Tierra son escudos de radiación. Pero incluso en la órbita terrestre baja, los astronautas corren el riesgo de exponerse a una mayor radiación.
Si vamos a tener una presencia humana en la Luna, es imperativo que comprendamos el ambiente de radiación allí. La NASA ha estado investigando el entorno de radiación lunar desde 2005 en anticipación de un puesto de avanzada humano en la Luna. Cuando lanzaron el Orbitador de reconocimiento lunar (LRO) en 2009, contenía un instrumento llamado Telescopio de rayos cósmicos para los efectos de la radiación (CRaTER).
El trabajo de CRaTER es caracterizar el ambiente de radiación de la Luna y el impacto biológico que tendrá en los astronautas. Utiliza plásticos para imitar el tejido humano y los coloca detrás de diferentes materiales de protección. En ese momento, Harlan Spence, el investigador principal CRaTER dijo: "No solo mediremos la radiación, sino que utilizaremos plásticos que imitan el tejido humano para ver cómo estas partículas altamente energéticas penetran e interactúan con el cuerpo humano".
Las imágenes de Fermi de los rayos gamma de la Luna son otra pieza del rompecabezas de la radiación. Y ese es un rompecabezas que debe resolverse antes de que haya una esperanza realista de una base lunar a largo plazo o misiones tripuladas a Marte.
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