¿La temperatura cerca de la superficie de la Luna aumenta bastante rápido con la profundidad?

He escuchado presentaciones sobre tubos de lava lunares que estiman que las temperaturas del suelo que los rodea están muy por debajo de cero. Un artículo en NASA Science News dice esto:

Una vez que desciendes a 2 metros bajo la superficie de la Luna, la temperatura permanece bastante constante, probablemente alrededor de -30 a -40 grados C.

Pero este gráfico de medidas tomadas en Apolos 15 y 17 pinta una imagen muy diferente:

temperaturas debajo de la superficie lunar, que van desde 250 a 256 K

Lo anterior es del cap. 3 del Lunar Sourcebook , página 12 de 34. Todas las medidas tomadas mostraron temperaturas en aumento con una profundidad de alrededor de 1 o C por metro. Los tubos de lava más grandes que se conocen en la Luna tienen tragaluces que revelan profundidades de 100 m , por lo que si se toma esa tasa de aumento de temperatura, entonces los pisos de dichos tubos deberían ser de 80 a 100 o C más cálidos que la temperatura cerca de la superficie, lo que significa algo así como 60 o 70 o C. Nunca he oído hablar de tales cifras.

Entonces, ¿hay un mecanismo de enfriamiento involucrado con estos tubos? No lo habría pensado, estando en el vacío y solo abierto a la superficie a través de espacios que probablemente sean muy pequeños en relación con su tamaño completo. ¿Por qué esta aparente discrepancia?

Tan cerca de la superficie, con el enfriamiento radiativo y la irradiación de la luz solar como un factor importante, no extrapolaría estos resultados a profundidades considerables. Necesitarías ejes más profundos para eso.
@SF. Sí, pero mira cómo las fluctuaciones de la superficie se igualan a solo medio metro por debajo de la superficie. Eso es generalmente aceptado, que por debajo de ese punto los valores de superficie no tienen impacto. Es por eso que el texto del gráfico señala que el gradiente se debe al flujo de calor interno.
Este estudio confirma que el gradiente de temperatura se mantiene durante al menos los primeros 20 m: adsabs.harvard.edu/full/1964SvA.....7..822K
@Hobbes Creo que hay más. Esa referencia se publicó en 1964, antes de las sondas Apolo. Sin embargo, contiene una sugerencia interesante de que la razón del alto gradiente de temperatura en los últimos 20 m se debe a la baja conductividad térmica asociada con el material poroso. Manteniéndonos con la pregunta original: sería interesante entender si las mediciones más recientes han mapeado la temperatura de los pisos de los tragaluces y han mostrado que tienen una temperatura diferente, aparte de las sombras, de la superficie principal.
@Puffin por ahora no tienen un instrumento que pueda tomar medidas de calor con la resolución requerida. El LRO Diviner tiene píxeles de unos 250 m de ancho. Revisé dos de los pozos más grandes conocidos, los prometedores en Mare Tranquilitatis y Mare Ingenii . No hay diferencia con el entorno, pero ambos lucernarios ocupan una fracción de píxel. En cualquier caso, las áreas directamente abiertas al cielo pueden ser una mala indicación de las temperaturas en áreas alejadas de tales aperturas.
Aparte, ¿la pregunta original se inspiró en un interés en usar el calor para sustentar la vivienda, o de alguna otra manera recuperar energía de la diferencia de temperatura?
Una persona en los comentarios en la parte inferior de la página de mi entrevista en el Space Show señaló el gráfico que se muestra como evidencia de lo que pregunté, y no tenía defensa para decir lo contrario, excepto que escuché diferentes cifras. Mi principal preocupación era que he modelado hábitats subterráneos asumiendo que la regulación de la temperatura se puede lograr de forma pasiva dando forma y equilibrando el flujo de calor. Eso solo funciona si el suelo está mucho más fresco que dentro de un habitáculo. Así que quería comprobar. Hay formas más fáciles de generar energía.
Los números citados arriba son solo para la superficie muy cercana. Un mapa térmico de Hadley Rille mostró que todavía estaba a -17 grados 800 metros por debajo de la superficie. Otra forma de verlo: la temperatura en la interfaz núcleo/manto es de alrededor de 1400 grados. El manto tiene un espesor promedio de 1350 km. Por lo tanto, si el manto tuviera una composición uniforme, cabría esperar un gradiente térmico en el manto de aproximadamente 1 grado por km. Creo que la corteza tendría un gradiente térmico más bajo, ya que es menos densa y está rota con mucho espacio vacío.
Un determinante mayor de la temperatura subterránea puede ser la existencia de materiales radiactivos. Hay puntos calientes en la luna asociados con radiactivos.

Respuestas (1)

Asuma por un momento su cambio de 1 grado/metro y extrapólelo al centro de la Luna. El radio de la luna es de 1737 km, por lo que sería más de un millón de grados, ¡lo cual es claramente incorrecto! La temperatura central de la Luna, según esta pregunta, se estima en alrededor de 1200-1800K. Por lo tanto, sospecho que 1 grado/km sería un aumento de temperatura mucho más realista.

En cuanto al artículo que indica una temperatura constante, sospecho que es simplemente en comparación con la superficie, que varía mucho con la hora del día.

En cuanto a por qué la diferencia con las medidas de Apolo, realmente no estoy seguro. Espero que la temperatura baje al excavar, aunque puede haber un período de aumento.

Todas las misiones Apolo aterrizaron temprano en la mañana, hora local. Sospecho que en el interior la temperatura era bastante constante. La superficie, sin embargo, había perdido su calor y recién comenzaba a calentarse. Creo que el diagrama tenía la intención de mostrar solo el gradiente y, por lo tanto, no mostraba la porción de cambio rápido cerca de la superficie, ni el aplanamiento debajo de la superficie.

También tenga en cuenta que los datos de Apolo muestran que la temperatura es más o menos constante a esas profundidades, en muchas regiones diferentes, y está en el rango que indica el artículo de Science@NASA.

EDITAR: Después de pensar más en esto, creo que entiendo lo que está pasando. Los primeros 50 cm están dominados en gran medida por el ciclo día/noche. Los próximos metros por debajo tenderán hacia la temperatura interna natural de, digamos, 100 m por debajo de la superficie (desconocido a partir de los datos actuales). La temperatura se enfría a medida que asciende desde allí, pero sospecho que seguirá un decaimiento exponencial, cuyo comienzo se ve en los datos del Apolo 17. En pocas palabras, sospecho que el fondo de un tubo de lava de 100 m sería más cálido que las temperaturas enumeradas, pero probablemente estaría por debajo del punto de congelación del agua.

El punto de congelación del agua es de 273 K en una atmósfera. En un vacío que se sublimaría bastante rápido. Si la memoria no me falla, el hielo de agua en el vacío se sublimará a un ritmo bastante bueno hasta que llegue a 90 Kelvin más o menos.
@HopDavid Tiene razón en que el agua se sublimaría en el vacío a cualquier temperatura razonablemente fría por debajo del punto de congelación, pero en una cueva sellada no permanecería en el vacío. El vapor de Wster aumentaría hasta el punto en que se alcanza el equilibrio, entonces probablemente (creo) obtendría lo que es esencialmente un gran congelador, con acumulación de escarcha en todas las superficies, y eventualmente la sublimación de la escarcha y la reconstrucción de la escarcha sería simplemente sucede en un ciclo sin fin siempre que se agregue suficiente calor al sistema para evitar que se enfríe.
¿La temperatura cerca de la superficie de la Luna aumenta bastante rápido con la profundidad?
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