Los hallazgos de las misiones lunares Chang'e 2022-24

Chang’e-4

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La misión Chang’e-4 fue la primera nave espacial en aterrizar en la cara lejana de la Luna, específicamente en el cráter Von Kárman dentro de la cuenca Aitken del Polo Sur (45.457°S, 177.588°E), con una edad geológica de ~3,6 Ga. El lugar de aterrizaje reveló regolito con un tamaño de grano promedio de 15 µm, cubierto por capas de eyección de hasta 70 m de espesor. El análisis espectral identificó olivino y piroxeno bajo en Ca, lo que sugiere un origen profundo del manto. Las propiedades térmicas mostraron un aislamiento térmico eficiente, mientras que los datos del radar revelaron estructuras subterráneas. Se observaron altos niveles de radiación, con un flujo ENA (átomo neutro energético) que refleja las interacciones del viento solar, lo que proporcionó información sobre la dinámica del viento solar-lunar.

La misión Chang’e-4 brindó una oportunidad única para revelar el entorno espacial en la cara lejana de la Luna, con el analizador pequeño avanzado para neutrales (ASAN) y los instrumentos de dosimetría y neutrones del módulo de aterrizaje lunar (LND) a bordo del rover Yutu-2. El instrumento ASAN está diseñado para medir las partículas de baja energía de la interacción viento solar-superficie. ASAN ha observado una minimagnetosfera lunar parcialmente formada, donde no se puede encontrar ningún choque sino solo una capa límite cerca de las anomalías magnéticas. Además, ASAN ha detectado los espectros energéticos de átomos neutros energéticos dispersos desde la superficie lunar, así como su dependencia del viento solar. El instrumento LND ha realizado las primeras mediciones dosimétricas activas en la superficie lunar. Se ha descubierto que la interacción de los GCR con el regolito lunar puede dar como resultado protones de albedo dirigidos hacia arriba, y la proporción de protones de albedo a protones primarios en el rango de energía de 64,7-76,7 MeV se ha obtenido con las mediciones de LND. Además, los espectros de los rayos cósmicos en el rango de energía de 10 a 100 MeV/nuc han sido medidos por LND, que es un poco diferente de los medidos por las naves espaciales cercanas a la Tierra, y sugiere una contribución no despreciable de partículas secundarias. al entorno de radiación superficial. Los resultados han contribuido mucho a mejorar nuestra comprensión del entorno del espacio lunar y son muy útiles para futuras exploraciones lunares.

Chang’e-5

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Los análisis de composición del suelo lunar han revelado concentraciones más altas de FeO, junto con niveles moderados de TiO2 y Al2O3. Los análisis han demostrado que gran parte del suelo lunar relevado por la misión Chang’e-5 probablemente se originó en el cráter Xu Guangqi, al noroeste del lugar de alunizaje, y se caracteriza por un alto grado de madurez, una condición atribuida en gran medida a los extensos impactos de micrometeoritos en la región. Los impactos de micrometeoritos han provocado el predominio de procesos de espalación en la formación del suelo.

El tamaño medio de partículas de los suelos analizados por Chang’E-5 es de unos 50 µm, con un contenido de cristales relativamente bajo. Los fragmentos basálticos están compuestos de clinopiroxeno, plagioclasa, olivino e ilmenita, con texturas que varían desde porfiríticas hasta ofíticas y poiquilíticas. Si bien análisis anteriores sugirieron abundante olivino, los estudios de laboratorio revelaron la presencia de piroxeno con alto contenido de Ca rico en hierro, desafiando suposiciones previas sobre la composición mineral de esta región lunar.

Los cristales de impacto encontrados en las muestras de Chang’e-5 muestran diversas formas, incluidas fibras ultraalargadas y capas amorfas sin np-Fe0, lo que indica un ambiente de impacto moderado. La composición apunta a un origen principalmente local, con distancias de transporte limitadas a 150 km o menos. La datación isotópica U-Pb sugiere que estos cristales se formaron en un período de entre unos pocos millones y dos mil millones de años, más jóvenes que los basaltos. Además, se ha descubierto cristal de impacto rico en KREEP, posiblemente originado en el límite entre la unidad P58/Em4 y las tierras altas adyacentes.

Los estudios de meteorización espacial en muestras de Chang’e-5 muestran que los basaltos ricos en hierro experimentan una rápida formación de np-Fe0, que se agrega en partículas más grandes. El descubrimiento de np-Fe0 en capas amorfas sobre superficies de olivino fayalítico proporciona nuevos conocimientos sobre los mecanismos de meteorización espacial. Este fenómeno está impulsado principalmente por los impactos de micrometeoritos, con una contribución mínima de la inyección de viento solar. Además, los cristales de aglutinado lunar contienen np-Fe0 y Fe3+, que aumentan con los impactos continuos de micrometeoritos.

Un descubrimiento notable en las muestras de Chang’e-5 es la presencia de fragmentos de meteoritos de hierro, clasificados como parte del grupo IID según su composición pobre en Ni y P. Estos fragmentos se formaron a través de impactos a baja velocidad y proporcionan información valiosa sobre los procesos de impacto lunar. Además, se encontraron minerales recién descubiertos, como Ti2O trigonal y Ti2O triclínico, en cráteres de impacto de micrometeoritos sobre perlas de cristal, lo que mejoró nuestra comprensión de los efectos de la erosión espacial.

Los sulfuros en las muestras de Chang’e-5, aunque constituyen menos del 1%, también revelan erosión inducida por el impacto. Se observaron partículas de magnetita y np-Fe0 en partículas de sulfuro de hierro, formadas por reacciones eutectoides, lo que proporciona evidencia de eventos de impacto significativos en la superficie lunar.

El agua derivada del viento solar es otro hallazgo crítico, con más de 170 ppm de agua detectadas en las muestras de Chang’e-5, en consonancia con las mediciones espectrales de la superficie lunar. Los cristales de impacto en el suelo lunar contienen de 15 a 25 ppm de agua molecular, principalmente derivada del viento solar. Estos vasos son esenciales para preservar el agua y ayudar a sostener el ciclo del agua en la superficie lunar. La concentración de agua derivada del viento solar en perlas de cristal puede alcanzar hasta 2000 ppm, con un promedio de aproximadamente 500 ppm.

La petrogénesis de los basaltos Chang’e-5 sugiere que se originaron a partir de una fuente de manto de piroxenita que contiene olivino a presiones de (1,0–1,3)×103 MPa y temperaturas de alrededor de 1350 ± 50°C. Estos basaltos indican que la actividad magmática lunar persistió hasta hace al menos 2 mil millones de años, lo que sugiere que la Luna experimentó erupciones volcánicas a gran escala más tarde de lo que se pensaba anteriormente. Los basaltos Chang’e-5 exhiben un enfriamiento rápido con períodos de desgasificación más cortos en comparación con las muestras de las misiones Apolo, y los últimos hallazgos sugieren evidencia de actividad volcánica en la Luna hace tan sólo 120 millones de años.

¿Y en Marte?

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La misión Tianwen-1

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La misión Tianwen-1 de China, con la exploradora Zhurong, ha logrado avances notables en el descubrimiento de la historia geológica y ambiental de Marte, particularmente en la región sur de Utopia Planitia. Combinando instrumentos avanzados como radar de baja frecuencia, imágenes multiespectrales y sensores ambientales, la misión ha proporcionado una comprensión integral de las estructuras superficiales y subterráneas marcianas. Estos descubrimientos están arrojando nueva luz sobre el pasado dinámico del planeta, ofreciendo pistas sobre los procesos relacionados con el agua y los cambios climáticos.

Vientos y edades de hielo

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Uno de los hallazgos clave involucra los cambios dinámicos en los accidentes geográficos eólicos marcianos, particularmente en las crestas eólicas transversales (TAR) y las dunas. Estas estructuras, inicialmente formadas por los vientos del norte y luego reelaboradas por los vientos del noreste, reflejan la compleja historia climática del planeta. Los cambios observados en la morfología de las dunas se alinean con el final de la edad de hielo más reciente de Marte, lo que sugiere una transición importante de los períodos glaciales a los interglaciares. Esta transición estuvo marcada por importantes cambios en el régimen del viento, que remodelaron el paisaje marciano, proporcionando evidencia crítica de la evolución del clima marciano.

Los datos de radar recopilados por la exploradora Zhurong han revelado una estratigrafía detallada del subsuelo, exponiendo secuencias sedimentarias a profundidades de 10 a 80 metros. Estas secuencias indican múltiples eventos de resurgimiento que probablemente ocurrieron durante el período Hesperiano tardío (hace aproximadamente 3.500 a 3.200 millones de años) y posiblemente se extendieron hasta el período Amazónico. Esto apunta a la posibilidad de que los procesos geológicos relacionados con el agua continúen mucho más tiempo de lo que se creía anteriormente. Además, los estudios espectroscópicos han detectado la presencia de minerales que contienen agua, como sulfatos polihídricos y yeso, que respaldan las teorías de un Marte que alguna vez fue más húmedo, potencialmente con glaciares subterráneos o permafrost.

El polvo y el clima

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Los sensores ambientales del Zhurong han proporcionado datos vitales sobre la deposición de polvo marciano, la dinámica del viento y las temperaturas de la superficie. Durante la primavera y el verano marcianos, se descubrió que los fuertes vientos influyen significativamente en las tasas de deposición de polvo, un factor crítico para comprender las condiciones actuales de la superficie marciana. La inercia térmica y el polvo se han identificado como contribuyentes clave a la regulación de las temperaturas de la superficie, especialmente durante períodos de mayor actividad de tormentas de polvo.

Los procesos relacionados con el agua también han sido un foco clave de la misión. Si bien es poco probable que el agua líquida sea estable a poca profundidad, hay evidencia de depósitos de hielo salados cerca de la superficie. La Estación Climática de Marte (MCS) a bordo de Zhurong ha registrado regularmente formación de escarcha, que se sublima después del amanecer, lo que sugiere ciclos activos de vapor de agua. Esta observación proporciona información crucial sobre las interacciones entre la atmósfera marciana y la superficie.

En conclusión, la misión Tianwen-1 ha aportado importantes conocimientos sobre las condiciones geológicas y ambientales de Marte, en particular la historia del agua y su evolución climática. Estos descubrimientos tienen implicaciones importantes sobre si había vida potencial en el antiguo Marte y proporcionan una base para futuras misiones destinadas a explorar la habitabilidad marciana.

La investigación del entorno espacial marciano se lleva a cabo principalmente basándose en observaciones in situ a bordo del orbitador Tianwen-1. Las comparaciones entre Tianwen-1 y otras observaciones basadas en la Tierra y Marte confirmaron una coherencia general entre las misiones. Se han desarrollado algoritmos de corrección y recuperación de datos para mejorar la calidad de los datos o proporcionar datos de respaldo. También se exploraron la teledetección de los medios interplanetarios, la radioocultación de la ionosfera y la atmósfera utilizando los datos del VLBI. Las observaciones revelan que hasta Marte, el viento solar de fondo es importante para determinar la evolución interplanetaria y la morfología global de los ICME; Una difusión de campo cruzado pequeña pero finita es crucial para comprender la formación del fenómeno del reservorio SEP. Las ondas del sismo previo están muy distorsionadas. El arco de choque marciano se comprime rápidamente y luego se expande en respuesta al pulso de presión dinámica del viento solar, y también oscila durante la rotación del FMI. La altitud de la ubicación de la ionopausa marciana se redujo durante la ICME. El agotamiento de la densidad del plasma en la parte superior de la ionosfera marciana en el lado nocturno revela la presencia de un escape sustancial de iones y electrones. Los iones pesados planetarios captados por el viento solar se originan principalmente en la latitud media y baja de MSE (Mars Solar Electric) de la ionosfera marciana del norte. Aceleración mejorada de los iones captadores dentro de la funda magnética mediante el campo eléctrico de movimiento ubicado en el borde superior o dentro del límite de acumulación magnética. Las observaciones también se utilizaron para evaluar el rendimiento de un sistema operativo de predicción del viento solar, para predecir el tiempo de llegada y los parámetros in situ de las regiones de interacción corotativa (CIR).

Importante

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• El paper Latest Scientific Results of China’s Lunar and Deep Space Exploration (2022–2024) fue publicado en SciEngine. Sus autores son: Lin XU; Lei LI; Jianzhong LI; Honglei LIN; Yang LI; Yang LIU; Lianghai XIE; Jinhai ZHANG; Fuhao QIAO; Juanjuan HAN & Yongliao ZOU.

• El paper Latest Scientific Results of China’s Lunar and Deep Space Exploration (2022–2024), fue publicado en Chinese Journal of Space Science. Sus autores son: Lin XU; Lei LI; Jianzhong LI; Honglei LIN; Yang LI; Yang LIU; Lianghai XIE; Jinhai ZHANG; Fuhao QIAO; Juanjuan HAN & Yongliao ZOU.