Marte non è sempre stato il pianeta arido che conosciamo oggi. In passato, infatti, era un mondo molto umido, come dimostrano le sue caratteristiche geologiche superficiali. Eppure circa 3 miliardi di anni fa l’acqua ha abbandonato la superficie marziana, finendo in gran parte nel sottosuolo e, in misura marginale, fuggendo nello spazio.
Di questa misteriosa fuga cosmica dell’acqua marziana conosciamo ben poco. Ora, unendo i dati del telescopio spaziale Hubble e di Maven, sonda Nasa in orbita attorno a Marte dal 2014, un team di ricercatori ha fornito il primo quadro completo della fuga verso lo spazio dell’idrogeno presente attualmente nell’atmosfera marziana. Pubblicato su Science Advances, il lavoro fornisce indizi rilevanti sulla storia dell’acqua di Marte, permettendo di ricostruire a ritroso l’antico processo di fuoriuscita delle molecole d’acqua dall’atmosfera marziana partendo proprio dai risultati ottenuti sulla fuga attuale di idrogeno.
L’idrogeno e l’ossigeno sono il frutto della scomposizione – a causa della luce solare – delle molecole d’acqua presenti nell’atmosfera marziana. Ecco perché determinare la fuga dall’atmosfera dell’idrogeno fornisce indizi sulla storia dell’acqua nel passato di Marte. Per farlo, i ricercatori si sono focalizzati su due protagonisti: l’idrogeno e il deuterio, ossia un atomo di idrogeno con un neutrone nel nucleo. Questo tipo di idrogeno più pesante è da sempre sfuggito nello spazio molto più lentamente, dal momento che il neutrone conferisce al deuterio una massa doppia rispetto all’idrogeno. Un divario che, partendo dall’attuale rapporto delle quantità di idrogeno e deuterio oggi presenti nell’atmosfera marziana, permette di dedurre le quantità di acqua su Marte, quando il pianeta era nel suo periodo caldo e umido.
Immagini nel lontano ultravioletto di Marte scattate da Hubble, quella in alto quanto Marte è nel suo punto più lontano dal Sole, chiamato afelio, il 31 dicembre 2017 , e quella in basso quando il pianeta era al suo avvicinamento al Sole, chiamato perielio, il 19 dicembre 2016. L’atmosfera è chiaramente più luminosa ed estesa quando Marte è vicino al Sole
Utilizzando principalmente i dati provenienti dalla sonda Maven di Nasa, e appoggiandosi a Hubble per coprire i vuoti nelle sue osservazioni, i ricercatori hanno misurato l’emissione di deuterio in ogni momento dell’anno marziano, che equivale a 687 giorni terrestri. Il team è riuscito quindi a completare un ciclo completo per tre anni marziani.
La ricerca ha permesso così di scoprire che i tassi di fuga dell’idrogeno e del deuterio subiscono dei rapidi cambiamenti quando Marte è più vicino al Sole. Vicino al perielio, infatti, le molecole d’acqua salgono attraverso l’atmosfera molto più rapidamente, rilasciando gli atomi ad alta quota.
«Negli ultimi anni gli scienziati hanno scoperto che Marte ha un ciclo annuale molto più dinamico di quanto ci si aspettasse 10 o 15 anni fa – afferma John Clarke, primo autore della ricerca – L’intera atmosfera è molto turbolenta, si riscalda e si raffredda su tempi brevi, anche di poche ore. L’atmosfera si espande e si contrae quando la luminosità del Sole su Marte varia del 40% nel corso di un anno marziano».
La ricerca ha inoltre scoperto che molti atomi di idrogeno e dueterio che fuoriescono dall’atmosfera marziana usufruiscono di una spinta energetica supplementare. Data la temperatura dell’atmosfera superiore marziana, infatti, solo una piccola parte degli atomi ha una velocità sufficiente per sfuggire alla gravità di Marte.
Secondo i ricercatori, questa spinta ulteriore potrebbe quindi derivare dalle collisioni dei protoni del vento solare che entrano nell’atmosfera o dalla luce del Sole che stimola le reazioni chimiche nell’atmosfera superiore di Marte.
Immagine in evidenza: dettagli dalle osservazioni di Hubble quando Marte era la suo perielio, il 19 dicembre 2016. Crediti: Nasa, Esa, STScI, John T. Clarke (Boston University); elaborazione: Joseph DePasquale (STScI)
