Algunas partes permanentemente sombreadas de los pozos lunares pueden evitar casi todos los cambios de temperatura que hacen que la superficie abierta de la Luna sea tan dura para las personas y las máquinas. En un estudio revisado por pares de 2022, las observaciones orbitales infrarrojas mostraron que dos pozos prominentes permanecían inusualmente cálidos durante la noche. Los modelos informáticos limitados por esos datos sitúan la temperatura de las zonas más allá de la luz solar directa en el pozo Mare Tranquillitatis cerca de 290 kelvin, o 17 grados Celsius.
La cifra de 17 grados es el resultado de un modelo, no la lectura de un termómetro tomada dentro de una cueva lunar. El radiómetro Diviner de la NASA midió la radiación térmica desde la órbita, pero el pozo era más pequeño que la huella de un detector y una cueva debajo de un saliente estaría oculta a la vista. Los investigadores dedujeron las temperaturas del piso del pozo a partir de la señal mixta, probaron modelos contra esas observaciones y luego calcularon las condiciones en el hueco permanentemente sombreado.
Este es un estudio, no un consenso establecido. Proporciona una estimación físicamente fundamentada de un pozo específico y bien estudiado cerca del ecuador lunar. No establece que cada pozo lunar, o cada parte de éste, se mantenga a temperatura ambiente.
La superficie abierta soporta un ciclo de un mes
El día solar de la Luna, medido de un mediodía local al siguiente, dura aproximadamente 29,5 días terrestres. En muchos lugares eso significa casi dos semanas de luz solar y otras dos semanas de oscuridad. La NASA da unos 127 grados Celsius a la luz del sol y -173 grados Celsius en la oscuridad para ilustrar el rango en terreno expuesto.
Esos puntos finales no son temperaturas universales. La pendiente, la latitud, las propiedades del suelo, la hora local y la sombra son importantes. Pero captan el problema de ingeniería: una base superficial debe tolerar un calentamiento prolongado seguido de un enfriamiento radiativo prolongado. La explicación anterior de ScienceBlog sobre el ciclo lunar día-noche cubre por qué el momento es tan diferente a un día terrestre.
No existe una atmósfera lunar sustancial que propague el calor entre el día y la noche. El suelo iluminado por el sol absorbe energía, mientras que el suelo oscuro pierde energía en el espacio. La roca y el regolito tienen cierta inercia térmica, pero la capa cercana a la superficie no conserva el calor diurno durante la noche lunar.
Un pozo profundo reescribe ese presupuesto de energía únicamente a través de la geometría.
Lo que Diviner pudo ver desde la órbita
El estudio publicado en Geophysical Research Letters, dirigido por el científico planetario de UCLA Tyler Horvath, analizó los pozos Mare Tranquillitatis y Mare Ingenii utilizando el radiómetro lunar Diviner a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Los registros de Diviner reflejaron la luz solar y la emisión infrarroja térmica a través de nueve canales espectrales.
Desde una altitud orbital de 50 kilómetros, el campo de visión del Diviner abarca aproximadamente 160 por 320 metros. La abertura Tranquillitatis tiene sólo unos 100 metros de ancho y unos 100 metros de profundidad. Por lo tanto, el detector vio el pozo y el terreno circundante mezclados, en lugar de un mapa limpio de temperatura del agujero.
El equipo de Horvath modeló la respuesta del detector y el fondo más frío alrededor del pozo para recuperar el componente cálido dentro de cada píxel. En 19 observaciones nocturnas, las temperaturas del suelo del pozo que mejor se adaptaban cayeron en su mayoría entre 250 y 290 kelvin, o aproximadamente -23 a 17 grados Celsius. Permanecieron a más de 100 kelvin sobre la superficie cercana al final de la noche lunar.
Los modelos térmicos incluyeron la forma aproximada del pozo derivada de imágenes de cámaras, las propiedades de la roca expuesta y el regolito aislante, la luz solar cambiante, el calor conducido a través del suelo y la energía infrarroja intercambiada entre las paredes y el piso. Luego se compararon modelos de varios materiales de suelo plausibles y profundidades de cuevas con las mediciones orbitales.
Esta combinación es más fuerte que una simulación sin restricciones, pero sigue siendo indirecta. Diviner no puede resolver espacialmente el pozo y sus observaciones no proporcionan una lectura de temperatura detrás del saliente.
¿Por qué la sombra permanente es suave y no fría?
La sombra permanente se asocia a menudo con los cráteres intensamente fríos cerca de los polos lunares. El rincón sombreado de Mare Tranquillitatis es un ambiente térmico diferente. Se encuentra a sólo ocho grados al norte del ecuador y las superficies alrededor de su abertura reciben abundante energía solar durante un mes lunar.
La luz del sol no llega por debajo del voladizo, pero las paredes y las superficies del suelo más cálidas más cercanas a la abertura irradian energía infrarroja hacia el interior. Dentro de una cavidad suficientemente grande con una abertura relativamente pequeña, esa energía se absorbe y se vuelve a irradiar entre las superficies muchas veces antes de que pueda escapar al espacio. El sistema se acerca al equilibrio radiativo de una cavidad de cuerpo negro.
En el modelo de equilibrio bidimensional del equipo, las regiones que el Sol no podía iluminar directamente permanecían cerca de 290 kelvin con menos de 1 grado Celsius de variación durante un día lunar. Al mismo tiempo, el regolito modelado iluminado por el sol en el suelo del pozo podría superar los 420 kelvin, o unos 147 grados centígrados. Por lo tanto, el refugio térmico útil es la zona profundamente sombreada, no el borde y no necesariamente todo el piso del pozo.
El regolito mal conductor que se encuentra encima de una cueva crea otra complicación para la teledetección. El artículo calculó que incluso un vacío cálido bajo tierra elevaría la temperatura de la superficie por encima de él en sólo alrededor de 0,1 kelvin. Un instrumento infrarrojo en órbita puede detectar la cálida mezcla nocturna de un pozo, pero el calor por sí solo no revela si un largo pasaje continúa bajo tierra.
Ahora hay evidencia de radar de un pasaje.
En el momento del estudio térmico, las imágenes de la cámara mostraban un saliente en el pozo Tranquillitatis, pero la extensión de cualquier cueva detrás de él seguía siendo incierta. El estudio de morfología del pozo del equipo Lunar Reconnaissance Orbiter Camera, publicado el mismo año, documentó paredes empinadas, escombros de colapso y salientes, al tiempo que enfatizaba que los espacios ocultos eran difíciles de mapear a partir de imágenes aéreas.
En 2024 llegó una línea de evidencia diferente. Leonardo Carrer y sus colegas volvieron a analizar las observaciones del radar Mini-RF recopiladas por el Lunar Reconnaissance Orbiter en 2010. Su artículo en Nature Astronomy encontró que parte del retorno del radar desde Mare Tranquillitatis se explica mejor por un conducto de cueva subterráneo que se extiende decenas de metros más allá de la pared del pozo.
El resultado del radar refuerza la hipótesis de que este pozo desemboca en un pasaje accesible. No confirma de forma independiente la estimación de 17 grados, porque el radar se centró en la geometría en lugar del calor. En conjunto, un papel limita el entorno térmico del pozo mientras que el otro sostiene el espacio en forma de cueva al que podría aplicarse el modelo.
Todavía no constituyen un estudio completo del sitio.
¿Qué cambiarían 17°C para una base lunar?
El control térmico consume masa, potencia y margen de diseño. Los componentes electrónicos, baterías, sellos, recipientes a presión y juntas estructurales deben protegerse de temperaturas fuera de sus límites operativos. El calentamiento y enfriamiento repetidos también hacen que los materiales se expandan y contraigan, ejerciendo presión sobre las conexiones e interfaces.
Una ubicación que varía menos de un grado alrededor de los 17 grados Celsius eliminaría la mayor parte del ciclo térmico externo. En comparación con los equipos de superficie expuesta que enfrentan cientos de grados de variación, un hábitat protegido podría necesitar mucha menos energía para calentarse durante la noche lunar y menos capacidad para rechazar el calor solar durante el día. Ésta es la base para calificar la reducción de dramática.
Un entorno estable no eliminaría el hardware de control térmico. Las personas, las computadoras, las luces y los equipos de soporte vital generan calor que un hábitat presurizado debe eliminar. Una cueva es también un vacío lleno de polvo abrasivo y roca no caracterizada, no una habitación ya preparada. Cualquier base seguiría necesitando presión, aire, energía, iluminación, comunicaciones, seguridad contra incendios y controles ambientales redundantes.
El acceso puede ser uno de los problemas más difíciles. El pozo Tranquillitatis es tan profundo como ancho, su piso contiene escombros del colapso y sus paredes incluyen secciones empinadas o colgantes. Antes de colocar el equipo debajo, los planificadores de la misión necesitarían mapas detallados, mediciones de la resistencia de las rocas y una forma segura de mover personas y carga entre la superficie y la zona protegida.
Existen beneficios potenciales más allá de la temperatura. Las rocas sobre sus cabezas podrían reducir la exposición a la radiación solar, los rayos cósmicos galácticos y los micrometeoritos. La cantidad de blindaje dependería del grosor y la composición del techo, por lo que no se puede asignar a la protección un número fiable únicamente a partir de imágenes orbitales.
Un pozo no puede sustituir a todas las cuevas lunares
La latitud y la forma determinan lo que significa sombra permanente. En los polos, el fondo de algunos cráteres abiertos recibe tan poca energía directa o indirecta que se enfrían lo suficiente como para conservar el hielo de agua. Un pozo cerrado en una latitud similar puede comportarse de manera diferente porque sus paredes intercambian radiación infrarroja de manera eficiente.
Un estudio de modelado tridimensional de 2023 dirigido por AX Wilcoski examinó pozos y cuevas hipotéticas en varias latitudes y geometrías. Descubrió que muchos pozos de latitudes altas serían más cálidos que las sombras de los cráteres cercanos y serían pobres trampas frías para el hielo. Algunas configuraciones especiales podían permanecer lo suficientemente frías, pero el recinto por sí solo no lo garantizaba.
Ese trabajo posterior no anula la estimación de Tranquillitatis. Muestra por qué la estimación no debería copiarse de un pozo a otro sin tener en cuenta la luz solar, la latitud, el tamaño de la abertura y la geometría interna.
Las próximas medidas decisivas deben venir desde dentro. Un rover podría registrar la temperatura durante un día de luna llena, mapear el paso con lidar o radar, medir la radiación, examinar el suelo y probar la estabilidad del techo. Los datos orbitales han reducido las posibilidades lo suficiente como para que una misión de este tipo sea útil; sólo los instrumentos locales pueden establecer las condiciones que realmente heredaría una base.