Marte ha perso la maggior parte della sua acqua, un tempo abbondante, e piccole quantità sono rimaste nell’atmosfera del pianeta. La sonda Mars Express dell’ESA ora rivela ulteriori dettagli su dove sia finita quest’acqua, dimostrando che la sua fuga nello Spazio è accelerata dalle tempeste di polvere e dalla vicinanza del pianeta al Sole, e suggerendo che un po’ d’acqua potrebbe essere rimasta sottoterra.
Sebbene oggi arido, Marte nel passato era probabilmente un mondo coperto d’acqua come il nostro. La prova di ciò si osserva nei vasti canali di deflusso formati da inondazioni, valli fluviali e delta scavati nella superficie del pianeta, così come nelle osservazioni radar di riserve di acqua liquida presenti sotto il ghiaccio e la polvere del polo sud del Pianeta Rosso.
L’acqua ora può esistere su Marte solo sotto forma di ghiaccio o gas a causa della bassa pressione atmosferica del pianeta, che è inferiore all’1% di quella della Terra. Il Pianeta Rosso ha perso gran parte della sua acqua nello Spazio negli ultimi miliardi di anni e ancora oggi perde acqua dalla sua atmosfera.
Due nuovi studi, guidati da Anna Fedorova dell’Istituto di ricerca spaziale dell’Accademia delle scienze russa e Jean-Yves Chaufray del Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales in Francia, ora chiariscono come l’acqua si muove attraverso l’atmosfera di Marte e la lascia. E’ stato rilevato che questo processo è influenzato dalla distanza del pianeta dal Sole e dai cambiamenti del clima e delle condizioni meteorologiche, comprese le massicce tempeste di polvere globali spesso osservate sul pianeta.
Entrambi gli studi hanno utilizzato ampi dataset pluriennali ottenuti dallo strumento SPICAM dell’orbiter (Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars).
“L’atmosfera è il collegamento tra la superficie e lo Spazio, e quindi ha molto da dirci su come Marte ha perso la sua acqua,” ha spiegato Anna. “Abbiamo studiato il vapore acqueo nell’atmosfera dal suolo fino a 100 km di altitudine, una regione che doveva ancora essere esplorata, nel corso di 8 anni marziani“.
Anna e colleghi hanno scoperto che il vapore acqueo rimaneva confinato al di sotto dei 60 km quando Marte era lontano dal Sole, ma si estendeva fino a 90 km di altitudine quando Marte si trovava più vicino al Sole. Su un’orbita completa, la distanza tra il Sole e il Pianeta Rosso varia da 207 milioni a 249 milioni di km.
Vicino al Sole, le temperature più calde e la circolazione più intensa nell’atmosfera hanno impedito all’acqua di congelarsi a una certa altitudine. “Quindi, l’atmosfera superiore si inumidisce e si satura di acqua, spiegando perché i tassi di fuga dell’acqua aumentano durante questa stagione: l’acqua viene trasportata più in alto, favorendo la sua fuga nello Spazio“, aggiunge Anna.
Negli anni in cui su Marte si è verificata una tempesta di polvere globale, l’atmosfera superiore è diventata ancora ancora più umida, accumulando acqua in eccesso ad altitudini di oltre 80 km.
“Ciò conferma che le tempeste di sabbia, che sono note per riscaldare e disturbare l’atmosfera di Marte, trasportano acqua anche ad altitudini elevate,” ha affermato Anna. “Grazie al monitoraggio continuo di Mars Express, siamo stati in grado di analizzare le ultime due tempeste di polvere globali, nel 2007 e nel 2018, e confrontare ciò che abbiamo scoperto con anni senza tempeste per scoprire come le tempeste hanno influenzato la fuga d’acqua da Marte“.
Questa scoperta è supportata dalla ricerca condotta da Jean-Yves, che ha elaborato modelli sulla densità degli atomi di idrogeno nell’atmosfera superiore di Marte per due anni e ha studiato la correlazione con la fuga d’acqua.
“Abbiamo confrontato i nostri risultati con i dati SPICAM e abbiamo scoperto una buona corrispondenza, tranne durante la stagione polverosa, quando il nostro modello ha sottovalutato la quantità di idrogeno presente,” ha rilevato Jean-Yves. “In condizioni di perturbazione fuoriesce molta più acqua dall’atmosfera di quanto previsto dal modello“.
In due anni marziani, in uno dei quali si è verificata una tempesta di sabbia, Jean-Yves e colleghi hanno stimato che il tasso di perdita d’acqua variava di un fattore di circa 100, evidenziando l’effetto significativo che le tempeste di sabbia possono avere sui tassi di perdita d’acqua di Marte.
I risultati mostrano che Marte perde l’equivalente di uno strato d’acqua globale profondo 2 metri ogni miliardo di anni. Tuttavia, anche accumulata nei 4 miliardi di anni di storia di Marte, questa quantità non è sufficiente per spiegare dove sia finita tutta l’acqua di Marte. “Una quantità significativa deve essere esistita un tempo sul pianeta per spiegare le caratteristiche create dall’acqua che osserviamo,” ha dichiarato Jean-Yves. “Poiché non è andato tutto perso nello Spazio, i nostri risultati suggeriscono che o quest’acqua si è spostata sottoterra o che i tassi di fuga dell’acqua erano molto più alti in passato“.
Il lavoro di Mars Express per determinare la perdita d’acqua su Marte è supportato anche dalla missione MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) della NASA, che misura sistematicamente la composizione chimica dell’atmosfera marziana (in particolare, i livelli di idrogeno atomico e deuterio, un isotopo pesante di idrogeno): tali dati multi-missione aiuteranno a comprendere non solo il comportamento attuale dell’acqua, ma anche la perdita d’acqua nel corso della storia marziana, vitale per capire se l’acqua di Marte è finita sottoterra o nello Spazio.
“Due temi chiave nella nostra esplorazione di Marte sono l’evoluzione del pianeta e la perdita d’acqua, e il ruolo delle tempeste di sabbia nel plasmare il clima e l’atmosfera marziani,” ha affermato Dmitrij Titov, scienziato del progetto Mars Express dell’ESA. “Questi risultati ci aiutano a comprendere i processi a lungo termine alla base della perdita d’acqua di Marte e dipingono un quadro non solo della sua climatologia odierna, ma di come il suo clima è cambiato nel corso della storia. Per tali studi abbiamo bisogno un tipo di set di dati di alta qualità forniti da SPICAM e anche degli strumenti a bordo del TGO di ExoMars. Insieme, queste e altre missioni avanzate continueranno a svelare i misteri di Marte“.
Mars Express è stato lanciato il 2 giugno 2003 e ha trascorso oltre 17 anni nell’orbita di Marte monitorando attentamente le proprietà dell’atmosfera del pianeta.
