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Hay mucha agua en la Luna y allí se podrían cultivar plantas y producir combustibles.

Si queremos construir una base estable en la Luna lo ideal es que se construya y se mantenga con materiales que se obtengan in situ, de otro modo, llevar todos lo materiales desde la Tierra saldría carísimo.

Los selenitas humanos que algún día vivan allí necesitarán cultivar su propia comida y estas plantas necesitarán suelo y agua con las que ser regadas. Además, sería muy interesante poder sintetizar combustible para motores cohete allí mismo, por lo que los viajes de vuelta a la Tierra sería más fáciles e incluso se podría reabastencer desde la Luna en lugar de desde la Tierra otras misiones más lejanas. Una serie de artículos publicados recientemente nos hablan de todo ello.

Hace miles de millones de años, una serie de erupciones volcánicas se desataron en la Luna y cubrieron cientos de miles de kilómetros cuadrados de la superficie con lava caliente. A lo largo de los eones, esa lava creó las manchas oscuras, o maria, que le dan hoy en día a la Luna su familiar apariencia.

Una reciente investigación [1] sugiere que los volcanes pueden haber dejado otro impacto duradero en la superficie lunar: capas de hielo que salpiquen los polos de la Luna. Capas que, en algunos lugares, podrían medir decenas de metros o incluso más de cien metros de espesor.

«Lo imaginamos como una escarcha en la Luna que se acumuló con el tiempo», dice Andrew Wilcoski (CU Boulder). Él y sus colaboradores publicaron sus hallazgos en The Planetary Science Journal.

Los investigadores se basaron en modelos implementados por simulaciones computacionales para tratar de recrear las condiciones en la Luna mucho antes de que surgiera la vida compleja en la Tierra. Descubrieron que los antiguos volcanes lunares arrojaron enormes cantidades de vapor de agua, que luego se asentaron en la superficie, formando depósitos de hielo que aún pueden estar escondidos en los cráteres lunares.

«Es posible que a 5 o 10 metros debajo de la superficie haya grandes capas de hielo», dice Paul Hayne (APS y LASP).

El nuevo estudio se suma a las pruebas que sugiere que la Luna puede haber mucha más agua que lo que los científicos creían hasta hace poco. En un estudio de 2020, Hayne y sus colegas estimaron que unos 15000 km cuadrados de la superficie lunar podrían contener hielo atrapado, principalmente cerca de los polos norte y sur de la Luna. No está claro de dónde vino toda esa agua en primer lugar. Según Hayne hay muchas fuentes potenciales en este momento.

Los volcanes podrían ser una fuente. Este científico planetario explicó que desde hace 2 a 4 mil millones de años la Luna era un lugar caótico. Decenas de miles de volcanes entraron en erupción en su superficie durante este período, generando enormes ríos y lagos de lava, no muy diferentes a lo que se puede ver hoy en la Tierra, solo que inmensas.

Investigaciones recientes de científicos del Lunar and Planetary Institute en Houston muestran que estos volcanes probablemente también expulsaron nubes altas compuestas principalmente de monóxido de carbono y vapor de agua. Estas nubes luego habrían formado atmósferas poco densas y de corta vida.

Eso hizo que Hayne y Wilcoski se preguntaran si podría esa misma atmósfera haber dejado hielo en la superficie lunar de modo similar a la escarcha que se forma en el suelo terrestre después de una fría noche de invierno.

Para averiguarlo se propusieron intentar estudiar qué ocurría en la superficie de la Luna hace miles de millones de años.

El equipo utilizó estimaciones de que, en su apogeo, la Luna experimentó una erupción cada 22000 años, en promedio. Luego, los investigadores rastrearon cómo los gases volcánicos pueden haberse arremolinado alrededor de la Luna y escapado al espacio con el tiempo o condensado en forma de hielo. Según las estimaciones del grupo, aproximadamente el 41% del agua de los volcanes puede haberse condensado en la Luna en forma de hielo. Esto se debió a que las atmósferas de este tipo podrían haber durado mil años, por lo que daba tiempo a la precipitación en forma de hielo debido a las heladas condiciones reinantes.

El grupo calculó que ingentes cantidades de agua volcánica podrían haberse condensado en forma de hielo durante ese período. Calculan que en la Luna habría más agua que la contiene actualmente el lago Michigan y que gran parte de esa agua lunar puede estar aún presente hoy día.

Sin embargo, ese hielo espacial no serán necesariamente fácil de encontrar y explotar. La mayor parte de ese hielo probablemente se ha acumulado cerca de los polos de la Luna y puede estar enterrado bajo varios metros de polvo lunar o regolito. Hayne sugiere que en las próxima misiones automáticas o tripuladas se excave en busca de esa agua.

Otro grupo de científicos ha conseguido cultivar plantas en el suelo de lunar. En un nuevo artículo [2] publicado en la revista Communications Biology, investigadores de la Universidad de Florida demostraron que las plantas pueden brotar y crecer con éxito en suelo lunar. En su estudio también se investigó cómo las plantas responden biológicamente al suelo de la Luna, también conocido como regolito lunar, que es radicalmente diferente del suelo que se encuentra en la Tierra.

Este trabajo es un primer paso hacia que algún día se cultiven plantas en la Luna para alimento y para proporcionar oxígeno. Más inmediatamente, esta investigación se produce cuando el Programa Artemisa planea devolver a los humanos a la Luna.

«Artemisa requerirá una mejor comprensión de cómo cultivar plantas en el espacio», dice Rob Ferl, uno de los autores del estudio (Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la UF).

Incluso en los primeros días de la exploración lunar, las plantas jugaron un papel importante. «Las plantas ayudaron a establecer que las muestras de suelo traídas de la Luna no albergaban patógenos u otros componentes desconocidos que dañarían la vida terrestre, pero esas plantas solo se espolvorearon con el regolito lunar y nunca se cultivaron en él», recuerda Paul.

Paul y Ferl son expertos reconocidos internacionalmente en el estudio de plantas en el espacio. A través del Laboratorio de Plantas Espaciales de la UF, han enviado experimentos en transbordadores espaciales, a la Estación Espacial Internacional y en vuelos suborbitales.

«Para futuras misiones espaciales más largas, podemos usar la Luna como centro o plataforma de lanzamiento. Tiene sentido que queramos usar el suelo que ya está allí para cultivar plantas. Entonces, ¿qué sucede cuando cultivas plantas en suelo lunar, algo que está totalmente fuera de la experiencia evolutiva de una planta? ¿Qué harían las plantas en un invernadero lunar? ¿Podríamos tener agricultores lunares?», se plantea Ferl.

Para comenzar a responder estas preguntas, Ferl y Paul diseñaron un experimento engañosamente simple: plantar semillas en suelo lunar, agregar agua, nutrientes y luz. Luego registraron los resultados.

Pero los científicos solo tenían 12 gramos de regolito para hacer este experimento. Este suelo se recolectó durante las misiones Apolo 11, 12 y 17 y fue prestado por la NASA. Paul y Ferl solicitaron tres veces en el transcurso de 11 años la oportunidad de trabajar con regolito lunar.

La pequeña cantidad de suelo, sin mencionar su incalculable importancia histórica y científica, significó que Paul y Ferl tuvieron que diseñar un experimento cuidadosamente coreografiado a pequeña escala. Para hacer crecer su pequeño jardín lunar, los investigadores usaron pocillos del tamaño de un dedal de plástico que normalmente se usan para cultivar células.

Cada pozo funcionaba como una olla. Una vez que llenó cada «maceta» con aproximadamente un gramo de suelo lunar, los científicos humedecieron el suelo con una solución nutritiva y agregaron algunas semillas de la planta Arabidopsis. La Arabidopsis se usa ampliamente en investigación porque su genoma ha sido completamente secuenciado.

El cultivo de Arabidopsis en el suelo lunar permitió a los investigadores comprender mejor cómo el suelo afecta a las plantas hasta el nivel de expresión genética.

Como puntos de comparación, los investigadores también plantaron Arabidopsis en JSC-1A, una mezcla terrestre que imita el suelo lunar real, así como suelos marcianos simulados y suelos terrestres de ambientes extremos. Las plantas cultivadas en estos suelos no lunares fueron el grupo de control del experimento.

Antes del experimento, los investigadores no estaban seguros de si las semillas plantadas en los suelos lunares brotarían. Pero casi todos lo hicieron.

«Estábamos asombrados. No predijimos eso. Eso nos dice que los suelos lunares no interrumpieron las hormonas y las señales involucradas en la germinación de las plantas», dice Paul.

Sin embargo, con el paso del tiempo, los investigadores observaron diferencias entre las plantas cultivadas en suelo lunar y el grupo de control. Por ejemplo, algunas de las plantas que crecían en los suelos lunares eran más pequeñas, crecían más lentamente o tenían un tamaño más variado que sus contrapartes.

Todos estos signos físicos indicaban que las plantas estaban luchando para hacer frente a la composición química y estructural del suelo de la Luna, explicó Paul. Esto se confirmó aún más cuando los investigadores analizaron los patrones de expresión genética de las plantas.

«A nivel genético, las plantas estaban usando las herramientas que normalmente se usan para hacer frente a los factores estresantes, como la sal, los metales o el estrés oxidativo, por lo que podemos inferir que las plantas perciben el entorno del suelo lunar como estresante. En última instancia, nos gustaría utilizar los datos de expresión génica para ayudar a abordar cómo podemos mejorar las respuestas al estrés hasta el nivel en que las plantas, en particular los cultivos, puedan crecer en el suelo lunar con muy poco impacto en su salud», añade Paul.

Los investigadores sugieren que la forma en que las plantas responden al suelo lunar puede estar relacionada con el lugar donde se recolectó el suelo. Por ejemplo, los investigadores descubrieron que las plantas con más signos de estrés eran las que crecían en lo que los geólogos lunares llaman suelo lunar maduro. Estos suelos maduros son los que están más expuestos al viento cósmico, que altera su composición. Por otro lado, a las plantas cultivadas en suelos comparativamente menos maduros les fue mejor.

Además comentan que el cultivo de plantas en suelos lunares también puede cambiar los suelos mismos. La Luna es un lugar muy seco y no se sabe cómo responden los minerales en el suelo lunar al tener una planta creciendo en ellos, con el agua y los nutrientes agregados. Quizás el agua haga que la mineralogía sea más hospitalaria para las plantas.

Los estudios posteriores seguro que aclararán las cuestiones que ahora están en el aire, pero, al menos, ya sabemos que las plantas pueden crecer en suelo lunar.

Otro punto interesante es que, según unos científicos chinos [3], el regolito contiene compuestos activos que pueden convertir el dióxido de carbono en oxígeno y combustibles. Ahora están explorando si los recursos lunares pueden usarse para facilitar la exploración humana en la Luna y de otros lugares de nuestro Sistema Solar.

Los científicos de materiales de la Universidad de Nanjing, Yingfang Yao y Zhigang Zou, esperan diseñar un sistema que aproveche el suelo lunar y la radiación solar, los dos recursos más abundantes en la Luna, para generar sustancias de utilidad.

Después de analizar el suelo lunar traído por la nave espacial china Chang’e 5, su equipo descubrió que la muestra contiene compuestos, incluidas sustancias ricas en hierro y titanio, que podrían funcionar como catalizador para fabricar productos como el oxígeno utilizando la luz solar y el dióxido de carbono.

Proponen una estrategia de «fotosíntesis extraterrestre». El sistema utilizaría suelo lunar para electrolizar el agua extraída de la Luna y los gases de la respiración de los astronautas para producir oxígeno e hidrógeno gracias la luz solar.

El dióxido de carbono exhalado por los habitantes de la Luna se recolectaría y se combinaría con el hidrógeno de la electrólisis del agua durante un proceso de hidrogenación catalizado por el suelo lunar.

El proceso produce hidrocarburos como el metano, que podría utilizarse como combustible. Según los investigadores, la estrategia no utiliza energía externa, sino la luz del sol para producir una variedad de productos deseables como agua, oxígeno y combustible que podrían mantener la vida en una base lunar. El equipo está buscando una oportunidad para probar el sistema en el espacio, probablemente con las futuras misiones lunares tripuladas de China.

«Usamos recursos in situ para minimizar la carga útil de los cohetes y nuestra estrategia proporciona un escenario para un entorno de vida extraterrestre sostenible y asequible», dice Yao.

Si bien la eficiencia catalítica del suelo lunar es menor que la de los catalizadores disponibles en la Tierra, Yao dice que el equipo está probando diferentes enfoques para mejorar el diseño, como derretir el suelo lunar en un material nanoestructurado de alta entropía, que es un mejor catalizador.

Previamente, otros científicos han propuesto estrategias para la supervivencia extraterrestre. Pero la mayoría de los diseños requieren fuentes de energía de la Tierra. Por ejemplo, el rover Perseverance Mars de la NASA llevó un instrumento que puede usar el dióxido de carbono en la atmósfera del planeta para producir oxígeno, pero funciona gracias a una batería nuclear.

Según Yao, si queremos llevar a cabo una exploración a gran escala del mundo extraterrestre, tendremos que pensar en formas de reducir la carga útil, lo que significa depender de la menor cantidad posible de suministros de la Tierra y utilizar los recursos extraterrestres del lugar.

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Fuentes y referencias:
Foto: NASA.