Marte, l’acqua e il Sole

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Ormai quello dell’acqua su Marte non è più l’annuncio epocale di un tempo. Se volessimo ripercorrere le numerose tappe di questa scoperta, dovremmo elencare i contributi delle numerose sonde e dei rover che, nel corso di quattro decenni, hanno studiato l’arida superficie del Pianeta rosso. Per chi fosse particolarmente interessato a questa emozionante saga, si suggerisce come punto di partenza questa pagina di Wikipedia. Insomma, le immagini di un giovane Marte ricoperto da oceani d’acqua non sono affatto il parto della fantasia di estrosi disegnatori. Le ultime stime (si veda lo studio pubblicato lo scorso marzo da Geronimo Villanueva e collaboratori su Science) indicano che 4,3 miliardi di anni fa Marte possedeva acqua in quantità sufficiente a ricoprirne l’intera superficie con uno strato profondo 140 metri.

Gli annunci più interessanti, però, non sono quelli riguardanti quelle epoche remote, ma quelli che suggeriscono come anche ai nostri giorni sul Pianeta rosso possa scorrere acqua liquida. Già nel 2011 il team di Alfred McEwen (Università dell’Arizona) aveva individuato alcune caratteristiche superficiali di Marte - battezzate recurring slope lineae (RSL) - riconducendole alle tracce lasciate dallo scorrere di acqua salata. La natura stagionale di queste striature portò i ricercatori a concludere che si potessero ricondurre allo scioglimento di ghiacci superficiali, dunque a fenomeni attivi ai nostri giorni. Lo studio venne pubblicato su Nature e ben presto l’idea trovò l’approvazione di altri planetologi - si veda, per esempio, l’analisi di Vincent Chevrier ed Edgard Rivera-Valentin pubblicata su Geophysical Research Letters nel novembre 2012.
Probabilmente, la prova definitiva che è corretta l’idea della presenza temporanea di acqua liquida sulla superficie di Marte è quella fornita dall’analisi spettrale raccolta grazie al CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars), lo spettrometro di cui è dotato il Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). L’analisi, relativa a quattro differenti siti caratterizzati dalla presenza di RSL, è stata condotta da Lujendra Ojha (Georgia Institute of Technology) e collaboratori ed è stata pubblicata a fine settembre su Nature Geoscience. Poiché i dati spettrali indicano per i depositi salini che caratterizzano le RSL una forte presenza di perclorati, una tipologia di sali che vengono facilmente dissolti in acqua, secondo i ricercatori tale presenza sarebbe il segno incontrovertibile che oggi sulla superficie di Marte è attivo un processo in grado di fare scorrere acqua liquida ricca di questi sali.
Sul Pianeta rosso, insomma, sarebbe attivo anche ai nostri giorni una sorta di ciclo stagionale le cui caratteristiche non sono però ancora del tutto chiare, come pure la provenienza dell’acqua necessaria. Molto significativo, a tale proposito, quanto dice Giacomo Filippo Carrozzo (INAF-IAPS) in un intervento pubblicato da Media INAF: «La fonte forse è nascosta nel sottosuolo. L’acqua liquida può formarsi in seguito allo scioglimento del ghiaccio presente proprio qui. Le simulazioni, tuttavia, mostrano che, alle latitudini osservate, la presenza di ghiaccio sotto-superficiale è altamente improbabile. Un’altra ipotesi vede la fuoriuscita improvvisa di acqua liquida proveniente da ipotetiche falde acquifere poste in profondità. Anch’esse, però, sono difficili da spiegare visto che, dalle immagini, la fonte di questi rivoli risulta troppo in alto rispetto a dove ci si aspetta di trovare le falde. Al momento nessuna di queste ipotesi è, da sola, in grado di spiegare quale processo ci sia dietro alla formazione di questi rivoli d’acqua. Probabilmente il meccanismo è ancora da scoprire.»

L'aria di Marte secondo MAVEN

Uno dei grossi interrogativi che assillano i planetologi resta comunque quello di come sia stato possibile per Marte un cambiamento climatico così radicale. E quale possa essere stato il processo chiave che ha portato il pianeta da una situazione climatica iniziale caratterizzata da un ambiente caldo, umido e probabilmente in grado di sostenere la vita, alla situazione attuale che ci mostra un Marte freddo, arido e assolutamente inospitale.
Proprio per trovare il bandolo della matassa, la NASA il 18 novembre 2013 lanciò la sonda MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), con l’obiettivo primario di esplorare nel modo più dettagliato possibile l’attuale atmosfera di Marte. Un compito che la sonda sta ormai regolarmente svolgendo dal settembre dello scorso anno e che comincia a dare i primi importanti frutti. Nelle scorse settimane, infatti, sulla rivista Science (nello speciale MAVEN goes to Mars) sono stati pubblicati i primi risultati ottenuti dai dati raccolti da MAVEN. E non sono mancate importanti scoperte.
I dati della sonda hanno anzitutto permesso di determinare il ritmo con il quale l’attuale atmosfera di Marte si disperde nello spazio per effetto del vento solare, mettendo in luce che tale erosione aumenta in modo significativo in occasione delle tempeste solari. Nello studio pubblicato su Science, Bruce Jakosky (MAVEN principal investigator) e collaboratori hanno analizzato i dati dell’atmosfera marziana raccolti dalla sonda anche in occasione dell’episodio di espulsione di massa coronale (Interplanetary Coronal Mass Ejection - ICME) verificatosi lo scorso marzo. Le misure di MAVEN indicano che il vento solare - il flusso incessante di particelle cariche, per la massima parte protoni ed elettroni, soffiato nello spazio dalla nostra stella - strappa e disperde i gas dell’atmosfera di Marte a un ritmo di circa 100 grammi al secondo. Apparentemente una perdita esigua, ma incredibilmente importante se il fenomeno viene considerato sul lungo periodo. Poiché i dati di marzo indicano che tale erosione diventa ancora più significativa durante le tempeste solari (il picco è di un fattore da 10 a 20 volte più intenso), la conclusione cui giungono Jakosky e collaboratori è che nel lontano passato, con un Sole molto più attivo di quanto non lo sia oggi, la perdita debba essere stata estremamente pesante, governando in modo deciso l’evoluzione dell’atmosfera marziana.
I dati di MAVEN stanno contribuendo anche a ricostruire una più dettagliata composizione dell’atmosfera di Marte. Sempre nel medesimo numero di Science, il team di Stephen Bougher (University of Michigan) mette in risalto i risultati ottenuti soprattutto nella seconda delle Deep Dip campaigns che hanno portato MAVEN fin dentro gli strati superiori dell’atmosfera di Marte, a soli 130 chilometri dalla sua superficie. I dati raccolti indicano una composizione costante di anidride carbonica, argo, biossido di azoto, ma anche quantità di ossigeno più elevate rispetto alle stime suggerite da precedenti studi.
Un terzo studio, frutto dell’analisi dei dati raccolti dallo spettrografo ultravioletto di MAVEN (Imaging Ultraviolet Spectrograph) riporta la scoperta di una diffusa aurora innescata da una tempesta solare. Il fenomeno, studiato da Nick Schneider (University of Colorado) e collaboratori, si è verificato nell’emisfero nord del pianeta e si è esteso negli strati più bassi dell’atmosfera marziana. I dati di MAVEN hanno indicato che si è trattato di un fenomeno geograficamente molto esteso e non circoscritto come in precedenti occasioni e che si è spinto fino a una quota di circa 60 chilometri, molto più in profondità di quanto finora si sia osservato per altri pianeti. Vista la mancanza di un significativo campo magnetico e l’assenza del conseguente scudo protettivo, lo studio delle aurore su Marte può offrire importanti indicazioni sui processi innescati nell’atmosfera del Pianeta rosso dal vento solare, processi che contribuiscono attivamente alla dispersione nello spazio degli elementi che la compongono.

Sta insomma gradatamente emergendo che la componente superiore dell’atmosfera di Marte possa probabilmente essere il maggior responsabile dell’evoluzione climatica del pianeta. Dai dati raccolti da MAVEN relativi a come il vento solare e la radiazione ultravioletta siano in grado di strappare i gas dagli strati superiori dell’atmosfera del pianeta emerge l’indicazione che la perdita si verifica in tre differenti regioni del Pianeta rosso: 1. lungo la "coda", cioè nella regione in cui il vento solare ha già oltrepassato Marte; 2. al di sopra dei poli marziani, in una sorta di "pennacchio polare"; 3. da una nube estesa di gas che avvolge interamente Marte. Ebbene, i dati indicherebbero che quasi il 75% degli ioni in fuga provengono dalla regione della coda, circa il 25% dai pennacchi polari mentre sarebbe praticamente ininfluente il contributo della nube estesa.

A proposito dell’azione della radiazione ultravioletta sull’atmosfera marziana, è doveroso segnalare lo studio di Renyu Hu (Jet Propulsion Laboratory) e collaboratori recentemente pubblicato su Nature Communications.
Secondo i ricercatori potrebbe venire dallo studio del carbonio il suggerimento più affidabile per riuscire a ricostruire la complessa storia dell’atmosfera marziana, una storia che ha gradatamente portato il Pianeta rosso da una situazione di tepore e umidità fino al quel gelido e polveroso deserto che ci hanno svelato le sonde. L’attuale atmosfera, composta soprattutto di anidride carbonica, è troppo sottile per impedire all’eventuale acqua superficiale di andarsene in gran quantità nello spazio per evaporazione o sublimazione. Secondo alcuni planetologi, però, non è sempre stato così e un tempo l’atmosfera era più densa, probabilmente più densa della stessa atmosfera terrestre. Inevitabile allora chiedersi dove sia finito tutto quel carbonio.
Domanda cruciale, alla quale il recente studio sembra finalmente suggerire una convincente risposta. Due processi in grado di abbattere il contenuto di carbonio sono noti da tempo: il primo è quello del “sequestro” del carbonio per opera delle rocce carbonatiche, mentre il secondo è il cosiddetto sputtering, la dispersione operata dal vento solare. Lo studio di Renyu Hu affianca a questi meccanismi l’importante azione della radiazione ultravioletta e il processo di fotolisi che induce. In pratica, i fotoni UV solari riescono a spezzare le molecole di anidride carbonica nell’alta atmosfera di Marte riuscendo a liberare gli atomi di carbonio che, se dotati di sufficiente energia, riescono a sfuggire nello spazio interplanetario. Il processo si manifesta in modo differente per i differenti isotopi del carbonio, privilegiando la fuga del più leggero C-12 rispetto al più pesante C-13. Tenendo conto del possibile irraggiamento UV dell’atmosfera di Marte, Hu e collaboratori concludono che l’attuale abbondanza degli isotopi di carbonio rilevata dagli strumenti del rover Curiosity è compatibile con l’impoverimento indotto dall’azione congiunta della fotolisi e degli altri processi già noti.

Davvero sintetiche e chiare le parole con cui Bethany Ehlmann (Jet Propulsion Laboratory), coautrice dello studio, sottolinea la portata del lavoro: «Possiamo descrivere per Marte uno scenario evolutivo che renda conto dell’apparente disponibilità di carbonio senza dover ipotizzare che manchino all’appello riserve o altri processi.»

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Le notizie di scienza della settimana

Sono state rese pubbliche il 5 dicembre scorso tre nuove mappe che mostrano le aree del pianeta più esposte al rischio sismico e quelle che, nel caso di un terremoto, subirebbero i danni maggiori in termini di morti, edifici crollati, danni all'economia (in particolare le tre mappe si riferiscono a hazard, risk ed exposure). A realizzarle, dopo quasi dieci anni di lavoro, è il Global Earthquake Model, un consorzio di università e industrie fondato dall'OCSE con sede a Pavia. Per la prima mappa i ricercatori hanno incorporato oltre 30 modelli nazionali e regionali di attività sismica con l'obbiettivo di calcolare la probabilità che un certo evento sismico con determinate caratteristiche si verifichi in ciascuna zona. Per la seconda hanno svolto un'indagine sui materiali e l'architettura degli edifici, mentre per la terza hanno misurato la distribuzione e la densità delle costruzioni. Nell'immagine i danni provocati dal terremoto del 28 settembre scorso a Petobo, un villaggio a sud della capitale Palu nella provincia centrale dell'isola di Sulawesi, Indonesia. Credit: Devina Andiviaty / Wikipedia. Licenza: CC BY-SA 3.0

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