Según un análisis de imágenes tomadas a través de varias cámaras que registran todo el cielo observado desde diferentes sitios en ambos hemisferios del planeta, la luna presenta una cola parecida a la de un cometa, y todos los meses un haz de partículas provenientes de nuestro satélite natural cruzan la Tierra.
Animación que muestra cómo los átomos de sodio expulsados de la superficie lunar se ven afectados por la órbita de la luna alrededor del planeta Tierra. Video de James O’Donoghue, basado en simulaciones de Jody K. Wilson.
Pero…¿qué proceso físico, según los astrónomos, estaría generando este interesante fenómeno? Vamos por partes. Por un lado, la luna carece de una densa atmósfera similar a la de la Tierra, por lo que al no contar con esta “protección espacial”, su superficie está muy frecuentemente bajo el ataque de diversos pequeños cuerpos o meteoroides de su entorno, que son atraídos gravitatoriamente. Luego, cuando los meteoritos impactan en el particular terreno lunar, átomos de sodio que integran algunos minerales en este suelo, son despedidos, y dado a la débil gravedad lunar, vuelan alto y logran ponerse en órbita en torno a la luna. Por otra parte, la radiación de energía electromagnética proveniente del Sol, entendida en términos de cuantos de energía o fotones, chocan con los antes mencionados átomos de sodio escapados de la Luna, empujándolos efectivamente lejos de nuestro satélite natural y creando una estructura en forma de cola que fluye en el sentido que presenta la radiación solar.
Todo este proceso “hace que la luna parezca una suerte de cometa», afirma Jeffrey Baumgardner, científico investigador principal del Centro de Física Espacial de la Universidad de Boston, quien integra el grupo de investigación interesado por este particular rasgo, conocido desde hace muy poco tiempo. Según observaciones astronómicas realizadas por el grupo, la Luna presenta “un flujo de material que sale de ella».
Durante unos días cada mes, cuando la luna nueva se mueve entre la Tierra y el Sol, esta cola, parecida a la de un cometa, “empolva” el lado de nuestro planeta que mira hacia el Sol. En ese contexto, la gravedad de la Tierra estira y comprime aquella corriente de sodio, estrechándola en una especie de haz, no visible a simple vista, que envuelve la atmósfera de nuestro planeta y sale dirigida al espacio desde el lado opuesto de la Tierra.
Este particular “haz” de Luna se puede ver con cámaras especiales como un punto o “mancha” en el cielo crepuscular, en una dirección diametralmente opuesta a la que está ubicado el Sol y la Luna. Su apariencia varía, puesto que a veces es observado muy brillante, y a veces más tenue. Desde que la cola lunar y su haz han sido observados por primera vez, a finales de la década de 1990, varios científicos se han estado preguntando qué hay detrás de la dinámica apariencia del haz, o qué controla su brillo. En este sentido, valieron 14 años de sistemáticas observaciones para llegar a sugerir que los meteoroides, particularmente los más grandes y rápidos que bombardean la Luna al azar, podrían explicar físicamente qué genera aquellos cambios de brillo del haz lunar.
La historia comienza de este modo. Desde hace más de 20 años, la Universidad de Boston ha instalado varias cámaras de imágenes de todo el cielo (ASI, por sus siglas en inglés), las cuales cuentan con lentes de ojo de pez que permiten acceder a todo el cielo visible. Se trata de instrumentos autónomos que operan en observatorios ubicados en América del Norte y del Sur (dos de ellos en observatorios argentinos como el Complejo Astronómico El Leoncito, en San Juan, y el Observatorio Astronómico Municipal de Mercedes, provincia de Buenos Aires), más un par en Europa y Sudáfrica.
Diseñadas originalmente para detectar auroras, estas cámaras ASI pueden registrar el sodio presente en la región superior de la atmósfera de la Tierra, o particularmente en zonas como la Mesosfera, Termosfera o Ionosfera. Para ello, cada sistema ASI cuenta con una rueda de filtros con seis opciones que normalmente se asignan a las siguientes longitudes de onda o “colores” que van desde el amarillo al rojo intenso: 557,7 nm; 589,3 nm; 605,0 nm; 630,0 nm, 644,4 nm; > 695,0 nm y 777,4 nm.
Ejemplos de imágenes o capturas de cielo completo realizadas por tres cámaras ASI localizadas en sitios distintos de América del sur, y correspondientes a la noche del 30 de octubre de 2014. El panel (a) muestra imágenes del cielo antes de la medianoche y (b) un conjunto de imágenes después de la medianoche. Las zonas claras de todas las imágenes muestran zonas más brillantes de cielo en las longitudes de onda observadas por el dispositivo. Nótese que además se pueden distinguir algunas estrellas brillantes en el campo de la imagen. Crédito: Martinis, C. et al. (2018)
a) Cámara o instrumento generador de imágenes de todo el cielo (ASI) diseñado en la Universidad de Boston para observaciones de emisiones en la atmósfera superior de la Tierra. La sección rectangular delgada, justo debajo de la lente de ojo de pez, es una carcasa de rueda de filtro de 6 posiciones. El ASI también incluye un mecanismo para establecer un enfoque óptimo para cada filtro que se utiliza; (b) Esquema que muestra cómo se propaga la luz a través del sistema óptico: (1) lente ojo de pez; (3) rueda de filtros; (4) lente plano-convexa; (5) complejo Tessar; (6) lente Senko; y (7) Dispositivo detector CCD. Crédito: Martinis, C. et al. (2018).
Puntualizando en detalles técnicos referidos al proceso de obtención de imágenes, el tiempo estándar de integración o de exposición para cada imagen es de 2 minutos. Cada noche, las imágenes se almacenan en la computadora que controla las operaciones de la correspondiente ASI, y posteriormente se transfieren a Boston todos los días después de que finaliza la toma de datos. Todas las observaciones se archivan permanentemente en Boston y se ponen a disposición de la comunidad mundial de investigadores y del público en general en el sitio web www.buimaging.com, generalmente en un plazo de 12 horas.
Eso sí, los datos se someten a un procesamiento mínimo antes de su disponibilidad, de modo que las imágenes son calibradas, se orientan con el norte en la parte superior y se aplica un algoritmo de escala de brillo determinado empíricamente para facilitar la identificación de características sobresalientes.
A través de esta tecnología, el equipo de la Universidad de Boston comúnmente observa el sodio en la atmósfera cuando los meteoros se queman antes de llegar a la superficie de nuestro planeta. Pero en noviembre de 1998, durante el pico de la lluvia anual de meteoros conocida como Leónidas (porque su punto radiante está localizado en la constelación de Leo), un equipo que trabajaba con una de esas cámaras en el Observatorio McDonald en Fort Davis, Texas, esperaba ver esas “llamaradas” de sodio. Pero se quedaron perplejos cuando, justo después del pico de actividad de las Leónidas, una “mancha” de sodio persistió en el cielo durante cerca de tres noches. Esta “mancha”, que apareció en el lado del cielo que mira en dirección opuesta al Sol, fue aumentando su brillo a medida que se acercaba la Luna nueva y luego se desvaneció rápidamente.
Dos ejemplos de imágenes de todo el cielo sin procesar tomadas en la banda de luz correspondiente a la emisión de sodio, dentro de la banda amarilla del espectro electromagnético, en noches consecutivas (19 (a) y 20 de noviembre de 1998 (b)) en el Observatorio McDonald. El rasgo de emisión de sodio está marcado con una flecha en ambas imágenes. Las constelaciones de Orión y Tauro se ven en la región oriental en la imagen del 19 de noviembre, junto con una estela de meteoros (a). El brillo general a lo largo de las dos imágenes se debe a la presencia de sodio en la mesósfera cerca de los 90 km de altitud. Crédito: Smith,S.M. (1999).
Después de un trabajo de análisis adicional, incluidos modelos que simulaban posibles procesos físicos que explicaran el origen de la “mancha” de sodio observada, el equipo de la Universidad de Boston concluyó que debía ser el resultado de una especie de cola de sodio, similar a la cola de un cometa, que se extiende al menos hasta cerca de 805000 Km de la Luna. Esta “cola” podría estar esparciendo sodio en nuestro planeta, pero es extremadamente difusa, por lo que no hay posibilidad de que esta especie de polvo lunar se acumule en la atmósfera, según sostiene el equipo de científicos de la Universidad de Boston.
Resultó interesante para los investigadores el hecho de que aquella “mancha” de sodio, registrada en noviembre de 1998, fue observada particularmente brillante después del pico de la lluvia de meteoros Leónidas; aunque también se vio durante otras lunas nuevas sin lluvias de meteoros concurrentes, pero fue más débil. Por esto, el equipo de Boston sospechó que impactos de meteoritos ligados a las Leónidas estaban desprendiendo suficiente sodio en la Luna para alimentar el proceso de generación de un rasgo o “mancha” particularmente luminoso en el cielo.
Pero la cosa parece ser un poco más compleja, puesto que la cámara de imágenes de todo el cielo ubicada en el Observatorio El Leoncito, en la provincia de San Juan, en Argentina, la cual tomó 21000 imágenes entre 2006 y 2019, constituyendo una base de datos que cubre 166 períodos de Luna nueva, cuenta una historia ligeramente diferente.
La figura (a) muestra una imagen de todo el cielo tomada desde El Leoncito cerca de la 1:00 AM del 28 de abril de 2006, ocho horas después de la Luna nueva. La “mancha” de sodio lunar puede verse un poco difusa justo por arriba del centro de la imagen, entre Júpiter y Spica (a la izquierda y a la derecha de la mancha). Además, la Vía Láctea aparece prominente en la mitad inferior de esta imagen de todo el cielo; y el patrón de franjas circulares cerca del borde de la imagen es un efecto de viñeteo ocasionado por el filtro interferencial utilizado en la cámara ASI. La figura (b) es una imagen que resulta de restarle a la imagen (a), otra de todo el cielo que registre la luz fuera de la banda espectral (o color) que cubre el filtro utilizado en la cámara, con el objetivo de eliminar la Vía Láctea y las estrellas. Crédito: Baumgardner, J. (2021).
Lo que el amplio registro de imágenes obtenidas desde El Leoncito ha ayudado a concluir, es que las lluvias de meteoros que se dan anualmente, como las Leónidas, una de las más intensas, pueden coincidir con la observación de una “mancha” lunar de sodio más brillante. Pero este no es siempre el caso, tal vez porque los impactos de sus meteoritos asociados no siempre son lo suficientemente enérgicos como para arrojar el sodio lunar lo suficientemente lejos de la superficie lunar como para que pueda contribuir a la “cola” de sodio en forma de cometa y su observada “mancha” en Luna nueva.
Los impactos de meteoritos esporádicos, o que no están asociados a lluvias meteóricas regulares, tienen una correlación más fuerte con el brillo de la “mancha” de sodio lunar. Según sugiere el equipo de investigadores de la Universidad de Boston, esto posiblemente se deba a que estos meteoros pueden ser más masivos, más rápidos y pueden chocar con la Luna de frente, lo que significa que son capaces de expulsar más sodio con más energía logrando que alcancen una órbita más alta en torno a la Luna. Esta es una de las hipótesis más plausibles que el grupo de científicos ha logrado plantear, luego de manejar otras variables físicas que pudieran estar ligadas al fenómeno, como la variación de diferentes rasgos de la radiación Solar.
Considerando esta hipótesis, los científicos especulan que si un asteroide de tamaño importante se estrellara contra la Luna con suficiente impulso, podría expulsar de su superficie suficiente sodio para producir un haz de sodio lunar que cualquier persona podría ver a simple vista como “un parche de luz borrosa del tamaño del cinturón de Orión» o lo que nosotros popularmente conocemos como “las tres Marías”, sostiene el equipo de Boston.
En fin, aunque invisible a simple vista, saber que la Tierra tiene un haz de sodio lunar, el cual surge de un proceso originado por impactos de meteoritos en su superficie, resulta algo extremadamente interesante, que se suma a la serie de rasgos que la dinámica lunar presenta. Esto reafirma una vez más que no todo está dicho en relación a los fenómenos que involucran objetos tan próximos como la Luna, y sobre todo que aun pequeños proyectos de observación astronómica pueden redundar en importantes contribuciones al estudio científico de los procesos y rasgos celestes.
Fuentes
-Baumgardner, J., Luettgen, S., Schmidt, C., Mayyasi, M., Smith, S., Martinis, C., et al. (2021). Long-term observations and physical processes in the Moon’s extended sodium tail. Journal of Geophysical Research: Planets, 126, e2020JE006671.
-Martinis, C.; J. Baumgardner; J. Wroten; M. Mendillo (2018) All-sky-imaging capabilities for ionospheric space weather research using geomagnetic conjugate point observing sites. Advances in Space Research 61, pp. 1636–1651.
-Smith,S.M.; J.K. Wilson; J. Baumgardner and M. Mendillo (1999) Discovery of the Distant Lunar Sodium Tail and its Enhancement Following the Leonid Meteor Shower of 1998. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 26, 12, pp. 1649-1652.
