La radiación que enfrentarán los astronautas en futuras misiones a la Luna: el hallazgo de Artemis I que ajusta los cálculos de riesgo

A bordo de la nave Orión, dos maniquíes equipados con miles de sensores atravesaron el entorno lunar sin tripulación humana. Los registros de esa misión confirmaron que la radiación cósmica cerca de la Luna supera la exposición de los astronautas en la órbita terrestre baja, aunque la distancia entre ambos escenarios resultó menor de la que anticipaban los investigadores.

Los datos fueron recogidos durante Artemis I, la misión no tripulada que llevó la cápsula de la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos (NASA) alrededor de la Luna entre finales de noviembre y comienzos de diciembre de 2022. El análisis, publicado recientemente en la revista Radiation Measurements, aportó referencias para calcular los riesgos de futuras expediciones humanas fuera de la protección del campo magnético terrestre.

Más de 10 mil pequeños detectores fueron ubicados dentro de dos modelos con forma humana que viajaron en Orión. El objetivo consistió en medir de qué manera la radiación espacial alcanzaría distintas zonas del cuerpo de un astronauta durante un viaje lunar.

Entre esos instrumentos había detectores experimentales de fluoruro de litio, desarrollados por el Instituto de Física Nuclear Henryk Niewodniczański de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN), con sede en Cracovia. El equipo polaco también aportó cerca de 600 detectores termoluminiscentes, otra tecnología empleada para medir la radiación.

La radiación cerca de la Luna fue mayor, pero la diferencia no resultó tan amplia

La comparación con la órbita terrestre baja tiene una explicación ligada al escudo natural del planeta. En torno a la Tierra, los astronautas reciben parte de la radiación de protones de baja energía atrapados en los cinturones de Van Allen, regiones dominadas por el campo magnético terrestre.

Cerca de la Luna, esos cinturones no existen. Allí cobra mayor peso la radiación cósmica galáctica, formada por partículas de alta energía que llegan desde fuera del Sistema Solar. Estas partículas pueden atravesar el cuerpo humano y depositar energía a medida que avanzan por los tejidos.

El profesor Paweł Bilski, coautor del estudio e investigador del IFJ PAN, explicó que las mediciones modificaron una expectativa inicial. “Las dosis totales cerca de la Luna son más altas que las de la órbita terrestre debido a los considerables niveles de radiación galáctica, pero la diferencia no es tan grande como cabría esperar intuitivamente”, afirmó.

El hallazgo no implica que el viaje lunar carezca de riesgos. La exposición a radiación ionizante puede dañar células y aumentar amenazas para la salud durante misiones prolongadas. La novedad está en que las mediciones directas alrededor de la Luna permiten ajustar mejor los modelos que estiman las dosis que recibirían los astronautas.

Los maniquíes de Artemis I registraron una dosis distribuida de forma uniforme

La posición de los detectores dentro de los modelos humanos permitió observar otra diferencia entre el entorno terrestre y el lunar. Durante experimentos anteriores en la Estación Espacial Internacional, la radiación no se repartía de manera pareja dentro de los maniquíes porque los protones de baja energía perdían su fuerza a distintas profundidades.

En las proximidades lunares, las partículas galácticas tienen una energía mucho mayor. Por esa razón, pueden atravesar el cuerpo en lugar de concentrar su efecto en una sola capa. En otras palabras, la dosis quedó distribuida de forma más uniforme dentro de los maniquíes que viajaron en Orión.

“Los protones de baja energía, atrapados por el campo magnético de nuestro planeta dentro de los cinturones de Van Allen, pueden explicar la mayor parte de la dosis de radiación que reciben los astronautas en órbita terrestre baja”, señaló Bilski. El investigador añadió que, en el entorno lunar, esa contribución desaparece y gana presencia la radiación galáctica.

Este resultado ofrece información para el diseño de trajes, cápsulas, hábitats y protocolos de protección. Las futuras misiones deberán enfrentar un tipo de radiación distinto al que predomina en la órbita de la Tierra, donde se encuentra la Estación Espacial Internacional.

Los cristales de fluoruro de litio funcionaron como una película fotográfica

Los dispositivos analizados por el equipo de Cracovia son detectores pasivos de fluoruro de litio. No transmiten información en tiempo real, sino que conservan las huellas de las partículas que los atravesaron. Su funcionamiento se asemeja al de una película fotográfica: la exposición deja una señal que luego se estudia en el laboratorio.

Cuando una partícula de radiación ionizante cruza el cristal, altera de forma mínima su estructura interna. Esas alteraciones, conocidas como centros de color, reaccionan luego ante una luz azul y emiten fluorescencia roja. Los científicos observan esa señal con un microscopio para reconstruir el paso de las partículas.

“Una vez que los cristales han sido expuestos a la radiación, las huellas dejadas por las partículas individuales deben analizarse ópticamente bajo un microscopio”, explicó Bilski.

Los detectores convencionales de trazas suelen fabricarse con plástico y requieren un proceso químico antes de su lectura. Los cristales de fluoruro de litio evitaron ese paso. El grupo de investigación destacó que un microscopio de fluorescencia estándar permitió observar las huellas sin necesidad de aplicar grabados químicos.

El nuevo método detectó partículas por debajo del límite de tecnologías anteriores

El reto no estuvo en encontrar las marcas, sino en traducirlas en medidas precisas. La radiación cósmica llega desde múltiples direcciones y contiene partículas de distintos tipos y energías. Esa variedad genera trazas con apariencias diferentes: algunas forman líneas nítidas y otras dejan puntos separados.

Para resolver el problema, los investigadores diseñaron correcciones y un programa informático destinado a reducir el ruido de fondo de las imágenes. Luego compararon los resultados con los obtenidos mediante detectores convencionales.

“Nuestros resultados difirieron en no más del 15% de los obtenidos con detectores de trazas convencionales”, indicó Bilski. El equipo también informó que los cristales identificaron numerosas trazas asociadas con depósitos de energía inferiores al umbral de detección de los sistemas empleados hasta ahora.

Los detectores son de tamaño milimétrico, frente a los dispositivos convencionales que pueden medir centímetros. Según el IFJ PAN, esa característica facilita su incorporación a equipos portátiles y permite estudiar un rango más amplio de partículas y energías. Algunos cristales enriquecidos con litio-6 también pueden registrar neutrones, partículas sin carga eléctrica que exigen métodos de detección específicos.

La investigación formó parte del Matroshka AstroRad Radiation Experiment (MARE), un proyecto internacional destinado a comprender la exposición de los astronautas fuera de la magnetosfera terrestre. La magnetosfera es la región dominada por el campo magnético de la Tierra, que desvía una parte de las partículas cargadas procedentes del espacio.

Artemis I constituyó una prueba de vuelo para la cápsula Orión y para sistemas que la NASA prevé utilizar en sus próximos programas lunares. A diferencia de esa misión de 2022, los vuelos posteriores contemplan tripulación humana, lo que aumenta la necesidad de conocer con precisión las condiciones de radiación.

La investigación de los físicos polacos contó con financiación del Centro Nacional de Ciencias de Polonia, a través de su programa OPUS. Los resultados del experimento MARE suman mediciones directas para evaluar qué protección necesitarán las personas que viajen, trabajen o permanezcan durante períodos prolongados en las cercanías de la Luna.