Es posible tener una idea general de la composición de los cuerpos
planetarios (por ejemplo, planetas, lunas,
asteroides y cometas) a partir de la luz que
emiten, absorben y/o relejan. Sin embargo, para
conocer la composición real de uno de estos
cuerpos lo mejor es tomar muestras de ellos para luego analizarlas.
Hasta ahora, las únicas muestras que han podido
ser tomadas directamente de un cuerpo celeste
por humanos son rocas y polvo de la superficie
lunar que los astronautas de las naves Apollo de
la NASA trajeron a la Tierra entre 1969 y
1973. El resto de las muestras que han podido
ser traídas a la Tierra ha sido a través de
naves robóticas. Por ejemplo, las naves
soviéticas Luna 16, 20 y 24 lograron traer a la
Tierra varios kilos de material lunar entre 1970
y 1976 y, mucho más recientemente en 2020 y
2024, las naves robóticas chinas Chang´e 5 y 6
lograron traer muestras también de la superficie
lunar. De cuerpos más lejanos sólo se ha podido traer un poco de
polvo. La primera nave
que logró traer muestras fue Stardust (NASA),
que llevaba un colector en su parte exterior y
trajo a la Tierra granos de polvo de la cola del
cometa Wild2 en 2006. En 2010 y 2019, las naves
Japonesas Hayabusa y Hayabusa 2 trajeron a
la Tierra muestras que pudieron tomar de
las superficies de los asteroides Itokawa y
Ryugu. La cuarta nave que ha podido traer
muestras con éxito a la Tierra
es OsirisRex en 2023
del asteroide Bennu.
El análisis de estas muestras se hace en laboratorios especializados
aplicando diversas técnicas. Una de ellas es la
espectrometría de masas, una técnica que
identifica los elementos presentes midiendo las
masas de sus átomos con gran precisión. Para
ello, los átomos o fragmentos moleculares se
ionizan es decir, se remueven electrones de la
muestra para obtener una carga eléctrica neta y
luego se separan los diferente componentes con
campos magnéticos según la proporción entre su masa y su carga en un analizador. Esto permite detectar incluso cantidades minúsculas de compuestos orgánicos, minerales o trazas de agua atrapada en los granos. En el caso de las muestras traídas por misiones Hayabusa, la espectrometría de masas permitió descubrir minerales formados por la interacción con agua, así como moléculas orgánicas antiguas, preservadas desde etapas tempranas del sistema solar.
Otra técnica usada es la observación física los granos con
microscopios electrónicos de barrido, que aplican un haz de electrones
a la superficie de la muestra en vez de luz como en los microscopios
tradicionales. Con esta técnica se obtiene una imagen de la superficie
de la muestra donde puede verse con gran detalle la formas, tamaños y
texturas de los componentes de la muestra, de donde se puede
distinguir los procesos que el material ha sufrido o qué tanto ha sido
alterada. Cuando se quiere estudiar, no sólo la superficie, sino las distintas capas internas de la muestra con mayor detalle, se emplea la microscopía electrónica de transmisión, donde los electrones atraviesan láminas ultrafinas de material, revelando estructuras cristalinas y minerales extremadamente pequeños.
Para identificar qué minerales están presentes en la muestra y cómo están
organizados, se usa la “difracción de rayos X”, que consiste en
irradiar la muestra con rayos X y observar cómo se
dispersan al chocar con los cristales de los componentes. Cada mineral produce un patrón característico, por lo que esta técnica funciona como una “huella digital” de la estructura cristalina, permitiendo saber si el grano ha sufrido calentamiento, choque o exposición al agua.
Otro conjunto de herramientas clave son la "espectroscopía
vibracional", principalmente "espectroscopía Raman" y " la espectroscopía infrarroja". Estas técnicas iluminan el material con luz infrarroja y miden cómo vibran sus enlaces químicos. Así, permiten identificar grupos funcionales orgánicos, silicatos, carbonatos y compuestos volátiles sin destruir la muestra. Son especialmente útiles para detectar materia orgánica frágil, que podría degradarse bajo otras técnicas más invasivas.
Mientras estas técnicas se aplican en laboratorio, en la Tierra, otras
se hacen directamente en el espacio por la dificultad que implica
tomar las muestras directamente. Las naves se han especializado cada
vez más y, la mayoría, son en gran medida laboratorios que portan un
cierto número de instrumentos dedicados a análisis específicos; ya sea
de la radiación, los gases o el polvo dependiendo del cuerpo que se
quiere estudiar.
Cada una de estas técnicas, ya sea basada en la masa, electrones,
rayos X o luz proporciona una pieza distinta de un complejo
rompecabezas. Por ejemplo, la
espectrometría revela composición química e isotópica; la microscopía
muestra la estructura física; la difracción identifica minerales; y la
espectroscopía detecta enlaces y compuestos orgánicos. Juntas permiten
reconstruir los procesos que han sufrido los cuerpos planetarios
a través del tiempo.
