This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
Cuando el poeta William Blake escribió que veía un mundo en un grano de arena, proponiendo la idea de que incluso una partícula de roca podía contener pistas sobre el cosmos, quizá no prevía que los seres humanos sostendrían algún día en sus manos fragmentos de mundos lejanos en un sentido literal. Sin embargo, hoy en día, más de dos siglos después de que Blake escribiera «Augurios de inocencia», y más de cinco décadas desde que se trajeran por primera vez rocas de más allá de la Tierra, eso es una realidad.
Se han recuperado valiosas rocas de la Luna y de múltiples asteroides, se ha recolectado polvo de la cola de un cometa e incluso, hemos capturado “viento” del Sol. En la próxima década, la humanidad no sólo logrará el tan esperado regreso a la Luna, sino que se está planeando que las naves espaciales recojan rocas de Marte y de su luna Fobos.
La necesidad crucial de seguir recogiendo, trayendo y preservando material de más allá de nuestro planeta es, por tanto, probable que continúe el legado de los anteriores esfuerzos de devolución de muestras en el futuro.
Las primeras misiones para traer muestras estaban tripuladas por personas que recogían muestras manualmente de la Luna, pero más recientemente, los humanos han cedido el trabajo a naves espaciales y vehículos exploradores que llevan complejos mecanismos de muestreo. Estas misiones robóticas operadas a distancia pueden llegar audazmente donde los humanos no pueden. Proporcionan acceso directo a muestras que nos permiten responder a antiguas preguntas sobre la historia geológica y química de diversos cuerpos celestes, desde el Sol y la Luna hasta asteroides y planetas. Las muestras extraterrestres también ofrecen información sobre la habitabilidad de los cuerpos planetarios y nos ayudan a comprender cómo evolucionó la Tierra para ser el único cuerpo aparentemente capaz de albergar vida en nuestro sistema solar. Además, ayudan a predecir y mitigar posibles amenazas de cuerpos cósmicos como los objetos cercanos a la Tierra.
El detalle con el que pueden estudiarse las muestras devueltas utilizando una variedad de sofisticados instrumentos analíticos en los laboratorios de la Tierra simplemente no es posible en el espacio. Las limitaciones técnicas y restricciones de tamaño de las naves espaciales, así como los elevados costes de los viajes espaciales, hacen inviables tales esfuerzos. La necesidad crucial de seguir recogiendo, trayendo y preservando material de más allá de nuestro planeta es, por tanto, probable que continúe el legado de los anteriores esfuerzos de devolución de muestras en el futuro.
De los telescopios a la Luna
La fascinación por el cielo nocturno y los reinos más allá de la Tierra no es un interés reciente para la humanidad. Desde hace milenios, las primeras civilizaciones rastreaban y registraban los movimientos de los cielos para comprender nuestros orígenes y significado. Traer muestras extraterrestres a la Tierra es un esfuerzo comparativamente joven, con las primeras muestras traídas por la misión Apolo 11 de la NASA en 1969.
Así pues, es lógico que la mayor parte de lo que sabemos sobre nuestro sistema solar y el lugar que ocupamos en él proceda de observaciones remotas, realizadas primero a simple vista, luego con telescopios y, más tarde, con innumerables misiones espaciales. Sin embargo, la obtención de muestras de cuerpos distantes ha revolucionado nuestra comprensión del cosmos y del lugar que ocupamos en él.
Ningún cuerpo celeste es mejor ejemplo del poder revolucionario de la colecta de muestras que la Luna. Antes de los alunizajes, nuestro conocimiento del vecino más cercano de la Tierra se limitaba a lo que se podía deducir desde lejos. Aprendimos, por ejemplo, que el sistema Tierra-Luna tiene un elevado momento angular, que la Luna tiene una orientación del eje de rotación muy diferente a la de la Tierra y que la Luna no está en el plano de rotación de la Tierra.
Todas estas observaciones apuntaban a que algo fallaba en nuestras ideas sobre la relación Tierra-Luna, pero no sabíamos por qué, y no había consenso sobre cómo se formó la Luna. Antes del Apolo 11, las principales hipótesis para explicar el origen de la Luna eran que la Tierra y la Luna se formaron simultáneamente a partir de los primeros materiales del sistema solar, que la Tierra primitiva giraba tan rápido que desprendió una parte de sí misma que se convirtió en la Luna, o que la Luna se formó en otro lugar y finalmente fue capturada por la gravedad de la Tierra. Con la llegada de las primeras rocas lunares, los científicos obtuvieron rápidamente nuevos datos geoquímicos y geofísicos que revolucionaron nuestra comprensión de la Luna y desmintieron rápidamente cada una de esas hipótesis.
Los resultados de los primeros análisis de rocas lunares fueron increíblemente emocionantes. Los científicos se vieron obligados a replantearse lo que creían saber sobre la Luna.
Los resultados de los primeros análisis de rocas lunares, en lugar de resultar desconcertantes, fueron increíblemente apasionantes. Los científicos se vieron obligados a repensar lo que creían saber sobre la Luna. Finalmente formularon la explicación ampliamente aceptada por la comunidad científica: la Hipótesis del Gran Impacto. Esta hipótesis postula que la Luna se formó a partir de los restos de un impacto entre una Tierra joven y otro cuerpo, conocido como Theia, que probablemente tenía el tamaño del actual Marte [Hartmann y Davis, 1975]. Esta hipótesis no sólo aclaró cómo se formó nuestra propia Luna, sino que también nos ayudó a comprender la caótica historia temprana de nuestro sistema solar y cómo evolucionan los cuerpos planetarios.
La moraleja de esta historia es que los resultados de los análisis detallados de muestras en laboratorio pueden contradecir las interpretaciones realizadas únicamente a partir de observaciones remotas. Esto se debe a que las observaciones a distancia, como las realizadas desde la órbita alrededor de un cuerpo planetario, proporcionan datos a escalas diferentes -que van desde centímetros a cientos de metros o más- en comparación con los datos de las muestras físicas, que pueden proporcionar información a escalas más finas, desde centímetros hasta la escala atómica. Estos diferentes rangos de escala sugieren que los dos enfoques pueden utilizarse de forma sinérgica, cada uno informando al otro, en lugar de que el análisis de muestras deba sustituir a las observaciones remotas.
Meteoritos frente a materiales más frágiles
Traer rocas que procedían indiscutiblemente de la Luna condujo a otro descubrimiento emocionante: Los meteoritos lunares habían estado presentes mucho tiempo en la superficie de la Tierra, ocultos a plena vista. Sencillamente, no sabíamos qué aspecto debía tener un meteorito lunar hasta que dispusimos de trozos de la Luna para comparar. Así pues, las muestras devueltas también proporcionan un contexto para estudiar y comprender los meteoritos.
Además de los meteoritos lunares, ya tenemos acceso a rocas procedentes de Marte, del cinturón de asteroides y, posiblemente, de otros mundos. Estos meteoritos han ofrecido valiosos, aunque apenas completos, destellos de los cuerpos de los que proceden.
Las naves espaciales pueden devolver de forma segura otras muestras extraterrestres que pueden ayudar a ampliar nuestro conocimiento de estos cuerpos, pero que no sobrevivirían a un viaje sin protección a través de la atmósfera terrestre. Las misiones Hayabusa2 de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) y OSIRIS-REx (orígenes, interpretación espectral, identificación de recursos y explorador-seguridad del regolito) de la NASA, por ejemplo, trajeron muestras de frágiles restos carbonosos de asteroides.
Si materiales similares llegaran a la Tierra en forma de meteoritos, es poco probable que sobrevivieran a la entrada atmosférica, e incluso si lo hicieran, se degradarían rápidamente en la superficie terrestre por la interacción con el agua del aire [Yokoyama et al., 2022]. Los asteroides muestreados por estas misiones son cápsulas del tiempo cósmicas que representan algunos de los primeros materiales del sistema solar, que han permanecido inalterados durante los últimos 4,500 millones de años y que no han sido alterados por su residencia en la Tierra. Esa continuidad con el pasado lejano es increíblemente importante en la búsqueda de pistas sobre el origen de la vida.
Del mismo modo, la naturaleza friable (quebradiza) de las rocas sedimentarias que componen gran parte de la superficie de Marte significa que es muy poco probable, si no imposible, que sobrevivan a la expulsión del planeta, al viaje por el espacio y a la entrada en la espesa atmósfera de la Tierra. De hecho, todos los meteoritos marcianos conocidos menos uno son ígneos -se originaron a partir de magmas- y décadas de investigaciones basadas en datos de naves espaciales en órbita y de vehículos exploradores han demostrado que estos meteoritos no representan ampliamente de la corteza marciana [Udry et al., 2020]. Más bien, los meteoritos marcianos representan sólo pequeñas porciones de la larga historia de Marte. Además, desconocemos los lugares específicos desde los que fueron expulsados los meteoritos marcianos (o cualquier meteorito, en realidad), ya que carecen de contexto geológico.
Para comprender mejor la historia y la evolución de Marte, debemos recoger muestras directamente de su superficie.
Para comprender mejor la historia y la evolución de Marte, debemos recoger muestras directamente de su superficie. El vehículo explorador Mars 2020 Perseverance ha hecho del cráter Jezero su hogar, el cual está ubicado en el hemisferio norte del planeta, desde 2021. Hasta ahora, Perseverance ha recogido 23 muestras, incluidas 12 de rocas sedimentarias y suelo que no sobrevivirían al viaje a la Tierra como meteoritos. Se espera que esas muestras lleguen a la Tierra en las próximas dos décadas gracias al programa Mars Sample Return (MSR), una iniciativa conjunta de la NASA, la Agencia Espacial Europea y otros socios. La misión china Tianwen-3, cuyo lanzamiento está previsto para 2030, también intentará recuperar muestras de Marte.
Al igual que el Gran Cañón en la Tierra, el cráter Jezero expone rocas que representan gran parte de la historia geológica de Marte, y las muestras almacenadas han sido cuidadosamente seleccionadas para abarcar una ventana más amplia de esa historia que los meteoritos disponibles. Estas muestras proporcionarán información muy valiosa sobre los procesos impulsados por el agua en el Planeta Rojo, y podrían revelar posibles biofirmas de vida pasada y ayudarnos a entender cómo Marte se convirtió en el planeta polvoriento y desolado que conocemos hoy en día [Beaty et al., 2019].
El valor perdurable de traer el Sistema Solar a casa
Las muestras devueltas desde el espacio y conservadas en su estado original son regalos que nunca se acaban. En el medio siglo transcurrido desde que las misiones Apolo de la NASA y Luna de la Unión Soviética cautivaron la imaginación de todo el mundo, las muestras de esos programas han seguido aportando conocimientos. Hoy en día, una generación de científicos (entre los que nos incluimos) que no había nacido en la época de aquellas misiones está aplicando tecnología punta a esas mismas muestras para abordar cuestiones que no se soñaban en la era Apolo: ¿Podemos colocar muestras Apolo en una estratigrafía de lava sin abrirlas? ¿Cuáles son los orígenes del agua lunar? ¿Podemos detectar hidrógeno y helio derivados del viento solar en los suelos lunares? [por ejemplo, Wilbur et al., 2023].
En el mismo periodo de tiempo, el ámbito de la exploración espacial se ha ampliado considerablemente, tanto en la variedad de cuerpos celestes explorados como en la diversidad de personas que trabajan en estos esfuerzos. Las misiones robóticas han traído muestras de partículas del viento solar (misión Génesis de la NASA), polvo cometario (misión Stardust de la NASA), muestras de asteroides (misiones Hayabusa y Hayabusa2 de la JAXA y OSIRIS-REx de la NASA), rocas lunares no muestreadas anteriormente (misión Chang’e-5 de China) y, más recientemente, las primeras muestras de suelo y rocas de la cara oculta de la Luna (misión Chang’e-6 de China). Como en el caso de las misiones a la Luna, los científicos seguirán estudiando estas muestras durante décadas.
En la próxima década, el programa Artemis de la NASA permitirá el regreso de seres humanos a la Luna para explorar y tomar muestras por primera vez desde que los astronautas del Apolo 17 abandonaron las tierras altas lunares de Taurus-Littrow en diciembre de 1972. La NASA también está explorando opciones para el retorno robótico de muestras desde la Luna, incluido el concepto de misión Endurance para un vehículo explorador que recogería muestras en el lado lejano y las entregaría a los astronautas de Artemis. Estas misiones son el trampolín para explorar y devolver muestras de Marte (MSR y la misión china Tianwen-3) y de una de sus lunas, Fobos (La misión MMX (Martian Moons Exploration) de JAXA) [Usui et al., 2020].
El acceso a muestras de la superficie cometaria proporcionaría una visión sin precedentes de la naturaleza primordial de los elementos bioesenciales y el agua.
Más allá del corto plazo, se están desarrollando conceptos de misión para traer muestras de lugares más exóticos, incluidas las superficies heladas de un cometa y del planeta enano Ceres, esfuerzos que llevarán décadas y requerirán un desarrollo tecnológico sustancial. El objetivo de traer muestras heladas puede ser ambicioso, pero la recompensa podría cambiar el paradigma.
Los cometas contienen material del nacimiento del sistema solar que ha permanecido inalterado desde entonces, congelado en el tiempo, gracias a la gran distancia que los separa del Sol. El acceso a muestras de la superficie cometaria proporcionaría una visión sin precedentes de la naturaleza primordial de los elementos bioesenciales y el agua. En particular, tales muestras podrían arrojar luz sobre cómo las moléculas orgánicas evolucionaron hasta convertirse en vida y de dónde proceden los enormes volúmenes de agua de la Tierra.
De lo inconcebible a la inspiración
Las misiones para traer muestras están impulsadas por la investigación científica. Sin embargo, más allá de satisfacer la curiosidad intelectual sobre nuestro entorno celeste, estas misiones benefician a la sociedad de otras maneras. Su desarrollo técnico puede hacer avanzar tecnologías útiles para aplicaciones ajenas a la exploración espacial. Por ejemplo, los avances logrados durante el programa Apolo prepararon el camino para los modernos materiales a prueba de fuego, los sistemas de tratamiento del agua e incluso el calzado.
Además, las misiones de retorno de muestras contribuyen a los esfuerzos de defensa planetaria destinados a predecir y mitigar los impactos de asteroides y cometas potencialmente peligrosos. Saber de qué están hechos esos cuerpos y con qué fuerza o debilidad se consolidan nos da una mejor idea de cómo desviarlos o perturbarlos.
Antes era inconcebible que pudiéramos viajar a otro cuerpo celeste y traer piezas de vuelta.
La dificultad inherente a estas misiones y el espíritu compartido de exploración que encarnan pueden captar la imaginación del público e inspirar a las generaciones más jóvenes a seguir carreras STEAM (ciencia, tecnología, ingeniería, artes y matemáticas). Como se benefician de la participación de equipos grandes y diversos que representan una infinidad de áreas de especialización -desde la ciencia y la ingeniería hasta el arte, los medios de comunicación y la educación- y diferentes culturas y países, también pueden fomentar la colaboración internacional y construir el diálogo y el respeto interculturales.
Antes era inconcebible que pudiéramos viajar a otro cuerpo celeste y traer piezas de vuelta. Incluso ahora, algunos lugares pueden parecer inalcanzables traer muestras: Venus, Europa, la luna de Júpiter, y Encélado, la luna de Saturno, por nombrar algunos. Pero teniendo en cuenta la incansable perseverancia de la humanidad, podemos esperar razonablemente que las generaciones futuras acaben disponiendo de fragmentos de estos mundos lejanos para admirarlos y estudiarlos. Tal es el sueño y el legado de traer muestras extraterrestres.
Referencias
Beaty, D. W., et al. (2019), The potential science and engineering value of samples delivered to Earth by Mars sample return, Meteoritics Planet. Sci., 54(S1), S3‒S152, https://doi.org/10.1111/maps.13242.
Hartmann, W. K., and D. R. Davis (1975), Satellite-sized planetesimals and lunar origin, Icarus, 24(4), 504–515, https://doi.org/10.1016/0019-1035(75)90070-6.
Udry, A., et al. (2020), What Martian meteorites reveal about the interior and surface of Mars, J. Geophys. Res. Planets, 125(12), e2020JE006523, https://doi.org/10.1029/2020JE006523.
Usui, T., et al. (2020), The importance of Phobos sample return for understanding the Mars-Moon system, Space Sci. Rev., 216, 49, https://doi.org/10.1007/s11214-020-00668-9.
Wilbur, Z. E., et al. (2023), Volatiles, vesicles, and vugs: Unraveling the magmatic and eruptive histories of Steno crater basalts, Meteoritics Planet. Sci., 58(11), 1,600‒1,628, https://doi.org/10.1111/maps.14086. https://doi.org/10.1111/maps.14086.
Yokoyama, T., et al. (2022), Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites, Science, 379(6634), eabn7850, https://doi.org/10.1126/science.abn7850.
Datos de autores
Jemma Davidson (jemma.davidson@nasa.gov), NASA Johnson Space Center, Houston; y Jessica Barnes, Universidad de Arizona, Tucson
This translation by Saúl A. Villafañe-Barajas (@villafanne) was made possible by a partnership with Planeteando y GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando and GeoLatinas.
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