Circa 4 miliardi di anni fa, Marte aveva un aspetto molto diverso da come è oggi. Per cominciare, la sua atmosfera era più densa e calda e l'acqua liquida scorreva sulla sua superficie. Ciò includeva fiumi, laghi in piedi e persino un oceano profondo che copriva gran parte dell'emisfero settentrionale. Le prove di questo passato caldo e acquatico sono state conservate in tutto il pianeta sotto forma di fondali, valli fluviali e delta fluviali.
Da tempo gli scienziati cercano di rispondere a una semplice domanda: dove è andata a finire tutta quell'acqua? È scappato nello spazio dopo che Marte ha perso la sua atmosfera o si è ritirato da qualche parte? Secondo nuova ricerca dal Caltech e dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, tra il 30% e il 90% dell'acqua di Marte è andata sottoterra. Questi risultati contraddicono la teoria ampiamente accettata secondo cui Marte ha perso la sua acqua nello spazio nel corso di eoni.
La ricerca è stata guidata da Eva Scheller, Ph.D. candidato al California Institute of Technology (Caltech). È stata affiancata dalla prof.ssa Caltech Bethany Ehlmann, che è anche il direttore associato per il Keck Institute for Space Studies ; Caltech Prof. Yuk Yung, ricercatore senior presso la NASA JPL; Danica Adams, studentessa laureata al Caltech; e il ricercatore del JPL Renyu Hu.
Rappresentazione artistica dell'acqua che scorre su Marte. Credito: Kevin M. Gill
Negli ultimi due decenni, la NASA e altre agenzie spaziali hanno inviato oltre una dozzina di esploratori robotici sul Pianeta Rosso per caratterizzarne la geologia, il clima, la superficie, l'atmosfera e l'evoluzione. Nel processo, hanno appreso che una volta Marte aveva abbastanza acqua sulla sua superficie per coprire l'intero pianeta in un oceano tra i 100 ei 1.500 metri (da 330 a 4920 piedi) di profondità, un volume pari alla metà dell'Oceano Atlantico.
Entro 3 miliardi di anni fa, l'acqua superficiale di Marte era scomparsa e il paesaggio era diventato quello che è oggi (freddo e secco). Data la quantità d'acqua che un tempo scorreva lì, gli scienziati si sono chiesti come potesse essere scomparsa così completamente. Fino a poco tempo fa, gli scienziati teorizzavano che la chiave fosse la fuga atmosferica, dove l'acqua viene chimicamente dissociata e poi persa nello spazio.
Questo processo è noto come fotodissociazione, in cui l'esposizione alla radiazione solare scompone le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno. A questo punto, secondo la teoria, la bassa gravità di Marte ha permesso che il vento solare lo strappasse dall'atmosfera. Sebbene questo meccanismo abbia sicuramente avuto un ruolo, gli scienziati hanno concluso che non può spiegare la maggior parte dell'acqua persa su Marte.
Concetto dell'artista raffigurante l'ambiente marziano primitivo (a destra) rispetto all'ambiente freddo e secco visto oggi su Marte (a sinistra). Immagine di credito: Goddard Space Flight Center della NASA
Per il bene del loro studio, il team ha analizzato i dati delle missioni marziane di meteoriti, rover e orbite per determinare come il rapporto tra deuterio e idrogeno (D/H) è cambiato nel tempo. Hanno anche analizzato la composizione dell'atmosfera e della crosta di Marte oggi, il che ha permesso loro di porre dei vincoli su quanta acqua esisteva su Marte nel tempo.
Il deuterio (noto anche come 'acqua pesante') è un isotopo stabile dell'idrogeno che ha sia un protone che un neutrone nel suo nucleo, mentre l'idrogeno normale (protio) è costituito da un singolo protone in orbita attorno a un elettrone. Questo isotopo più pesante rappresenta una piccola frazione di idrogeno nell'Universo conosciuto (circa lo 0,02%) e ha difficoltà a liberarsi dalla gravità di un pianeta e a fuggire nello spazio.
Per questo motivo, la perdita dell'acqua di un pianeta nello spazio lascerebbe un segno rivelatore nell'atmosfera sotto forma di un livello di deuterio più grande del normale. Tuttavia, questo non è coerente con il rapporto osservato tra deuterio e protio nell'atmosfera di Marte, motivo per cui Scheller e i suoi colleghi suggeriscono che gran parte dell'acqua sia stata assorbita dai minerali nella crosta del pianeta. Come ha spiegato Ehlmann in un recente Caltech comunicato stampa :
'La fuga atmosferica ha chiaramente avuto un ruolo nella perdita di acqua, ma i risultati dell'ultimo decennio di missioni su Marte hanno indicato il fatto che esisteva questo enorme serbatoio di antichi minerali idrati la cui formazione ha sicuramente diminuito la disponibilità di acqua nel tempo'.
Jezero Crater on Mars è il sito di atterraggio del rover Mars 2020 della NASA. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/ASU
Sulla Terra, l'acqua che scorre altera le rocce per formare argille e minerali idrati, che contengono acqua come parte della loro struttura minerale. Poiché la Terra è tettonicamente attiva, i minerali idrati vengono continuamente ciclati tra il mantello e l'atmosfera (attraverso il vulcanismo). Argille e minerali idrati sono stati trovati anche su Marte, segno che un tempo vi scorreva l'acqua.
Ma poiché Marte è tettonicamente inattivo (per la maggior parte), la sua acqua superficiale è stata sequestrata all'inizio e non è mai tornata indietro. Così, le caratteristiche che indicano la presenza passata di acqua sono state preservate dall'essiccazione permanente della superficie. Nel frattempo, una parte significativa di quell'acqua è stata preservata venendo assorbita sotto la superficie.
Questo studio non affronta solo la questione di come l'acqua di Marte sia scomparsa miliardi di anni fa. Potrebbe anche essere una buona notizia per future missioni con equipaggio su Marte, che dipenderanno da ghiaccio e acqua raccolti localmente. In precedenza, i coautori Ehlmann, Huh e Yung hanno collaborato alla ricerca che ha tracciato la storia del carbonio su Marte – poiché l'anidride carbonica è il principale costituente dell'atmosfera marziana.
In futuro, il team prevede di continuare ad analizzare i dati sulla composizione isotopica e minerale per determinare che fine hanno fatto i minerali contenenti azoto e zolfo su Marte. Inoltre, Scheller ha in programma di espandere la propria ricerca su cosa ne è stato dell'acqua di Marte conducendo esperimenti di laboratorio che simulano i processi di alterazione marziana e attraverso osservazioni dell'antica crosta nel cratere Jezero (dove Perseveranza sta attualmente esplorando).
Rappresentazione artistica del rover Perseverance su Marte. Credito: NASA/JPL-Caltech
Scheller ed Ehlmann sono anche in programma per assistere con le operazioni delPerseveranzarover quando arriva il momento di raccogliere campioni di roccia e perforare. Questi verranno riportati sulla Terra da una successiva missione NASA-ESA, dove i ricercatori potranno esaminarli. Per Scheller, Ehlmann e i loro colleghi, ciò consentirà loro di testare le loro teorie sul cambiamento climatico su Marte e su ciò che lo guida.
Lo studio che descrive i loro risultati è apparso di recente sulla rivistaScienza, intitolato “ Essiccazione a lungo termine di Marte causata dal sequestro di volumi d'acqua su scala oceanica nella crosta ”, ed è stato presentato il 16 marzonsdurante Conferenza di scienze lunari e planetarie (LPSC). A causa delle restrizioni COVID, la conferenza di quest'anno era virtuale e si è svolta dal 15 marzonsa 19ns.
La ricerca è stata resa possibile con il supporto fornito da Mondi abitabili della NASA premio, a Borsa di studio della NASA per le scienze della Terra e dello Spazio (NESSF) premio e a NASA Future Investigator in NASA Earth and Space Science and Technology (FINEST) premio.
Ulteriori letture: Caltech , Autori di Caltech