La vita sotto Marte

Uno studio condotto dalla Rutgers University ha concluso che su Marte la regione che in passato dev’essere stata più abitabile si trova a qualche chilometro sotto la sua superficie, probabilmente per via dello scioglimento superficiale delle spesse lastre di ghiaccio alimentato dal calore geotermico. Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, potrebbe aiutare a risolvere quello che è noto come il paradosso del giovane Sole debole, che torna sempre fuori quando si studia il Pianeta rosso. «Anche se, nelle simulazioni al computer, gas serra come anidride carbonica e vapore acqueo vengono immessi nell’atmosfera marziana primordiale, i modelli climatici fanno fatica a sostenere a lungo termine un Marte caldo e umido», riporta Lujendra Ojha della Rutgers University-New Brunswick, primo autore dello studio. «Io e i miei collaboratori proponiamo che il paradosso del giovane Sole debole possa essere riconciliato, almeno in parte, se Marte in passato avesse un calore geotermico elevato». Il Sole è un enorme reattore a fusione nucleare che genera energia fondendo l’idrogeno in elio. Nel corso del tempo, ha gradualmente illuminato e riscaldato la superficie dei pianeti del Sistema solare. Circa 4 miliardi di anni fa era molto più debole (il 30 per cento più debole), e quindi il clima del Marte primordiale avrebbe dovuto essere gelido. Tuttavia, la superficie di Marte ha molti indicatori geologici – come gli antichi letti dei fiumi – oltre a indicatori chimici – come i minerali legati all’acqua – che suggeriscono che il Pianeta rosso avesse abbondante acqua liquida nel periodo che va da circa 4.1 a 3.7 miliardi di anni fa (definito era Noachiana). Questa apparente contraddizione tra la documentazione geologica e i modelli climatici è ciò che viene chiamato paradosso del giovane Sole debole. Su pianeti rocciosi come Marte, Terra, Venere e Mercurio, l’uranio, il torio e il potassio generano calore tramite il decadimento radioattivo. In uno scenario del genere, l’acqua liquida può essere generata per fusione di spesse lastre di ghiaccio sotterranee, anche se il Sole era più debole di adesso. Sulla Terra, ad esempio, il calore geotermico forma laghi subglaciali nelle aree della calotta glaciale dell’Antartico occidentale, della Groenlandia e dell’Artico canadese. È probabile che uno scioglimento simile possa aiutare a spiegare la presenza di acqua liquida su un Marte freddo e gelido, circa 4 miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno esaminato vari set di dati su Marte per vedere se, nell’era noachiana, il riscaldamento tramite il calore geotermico sarebbe stato possibile, dimostrando che le condizioni necessarie per lo scioglimento del ghiaccio nel sottosuolo sarebbero state presenti ovunque. Inoltre, anche se 4 miliardi di anni fa Marte avesse avuto un clima caldo e umido, con la perdita del campo magnetico, l’assottigliamento dell’atmosfera e il conseguente calo delle temperature globali nel tempo, l’acqua liquida potrebbe essere stata stabile solo a grandi profondità. Pertanto la vita, se mai su Marte avesse avuto origine, potrebbe aver seguito l’acqua liquida, a profondità progressivamente maggiori. «A tali profondità, la vita avrebbe potuto essere sostenuta dall’attività idrotermale (riscaldamento) e dalle reazioni acqua-roccia», conclude Ojha. «Quindi, su Marte il sottosuolo potrebbe rappresentare l’ambiente abitabile più longevo».

Grandi inondazioni su Marte

Inondazioni di portata inimmaginabile un tempo si riversarono nel cratere Gale vicino all’equatore di Marte: questa la recente scoperta di uno team di scienziati della Jackson State University, del Jet Propulsion Laboratory e dell’Università delle Hawaii grazie ai dati raccolti dal rover Curiosity della Nasa. Lo studio è stato pubblicato su Scientific Reports. L’impetuoso evento – datato circa 4 miliardi di anni fa, durante il periodo Noachiano, e causato probabilmente dal calore rilasciato da un impatto meteoritico che ha sciolto il ghiaccio immagazzinato nella superficie marziana – ha creato gigantesche increspature riconoscibili e incredibilmente analoghe alle strutture geologiche terrestri. «Abbiamo identificato per la prima volta queste alluvioni utilizzando dati sedimentologici dettagliati osservati dal rover Curiosity», dice Alberto G. Fairén, del centro di astrobiologia Csis-Inta di Madrid. I depositi lasciati dalle mega alluvioni sono stati individuati grazie alle immagini provenienti dall’High Resolution Imaging Science Experiment (Hirise), dalle fotocamere montate sull’albero (Mastcams) e dalla fotocamera Mars Hand Lens Imager (Mahli) montata sul braccio del rover Curiosity. Prove delle passate inondazioni catastrofiche su Marte erano già state dedotte dalle immagini scattate in orbita che mostravano la presenza di grandi canali e caratteristiche ondulazioni, mentre la prima conferma in situ era stata effettuata esaminando i depositi sedimentari nel sito di atterraggio di Mars Pathfinder: dalle caratteristiche sedimentologiche e dalla loro posizione – prossima alla foce dell’Ares e delle vallate di Tiu – gli scienziati avevano concluso che questi massi di dimensione variabile erano stati depositati in seguito a inondazioni e trasportati attraverso canali di deflusso. Le successive due indagini decennali del rover Spirit e del rover Opportunity e le osservazioni in corso del rover Curiosity nel cratere di Gale hanno finalmente portato alla luce prove geologiche di sedimentazione da processi eoliani, fluviali, deltaici e lacustri, ma prima di questo studio i depositi alluvionali non erano ancora stati individuati. Il terreno di gioco di Curiosity – il rover, ricordiamolo, è atterrato all’interno del cratere di Gale nell’agosto 2012 – si trova vicino all’equatore marziano (latitudine 5.3° S, longitudine 137.7° E), lungo il confine che separa gli altipiani meridionali dalle pianure settentrionali. Dopo la sua formazione, il cratere fu completamente riempito di sedimenti. I suoi margini sono stati successivamente scavati portando alla nascita del Monte Sharp, al centro, e alla comparsa della sua morfologia moderna. È la sua particolare storia geologica – che ha portato alla luce ampie esposizioni di rocce sedimentarie – a renderlo un ideale luogo per studiare l’evoluzione di Marte sin dai suoi primi anni di vita. Nel nuovo studio, la firma inequivocabile delle inondazioni è data da una serie di creste di ghiaia simmetriche, alte una decina di metri, visibili nelle cosiddette Hummocky Plains Unit – regioni caratterizzate da depositi di sabbia e massi fino a 20 cm di diametro. La loro spaziatura regolare, le strutture sedimentarie interne e il trasporto di frammenti grandi fino a 20 cm suggeriscono – secondo gli scienziati – che queste creste siano in realtà delle “antidune”: un tipo di struttura sedimentaria che si forma per effetto del transito di flussi molto forti. Inoltre, la loro “lunghezza d’onda” di 150 metri indica che l’acqua che le ha depositate era profonda almeno 24 metri e aveva una velocità minima di 10 metri al secondo. Le dune formate dal flusso della mega alluvione sul fondo del cratere Gale di Marte sono identiche a quelle formatesi con lo scioglimento dei ghiacci sulla Terra circa 2 milioni di anni fa. La causa più probabile dell’inondazione di Marte – la cui temperatura media attuale è di meno 60 °C – è stata lo scioglimento del ghiaccio a causa del calore generato da un grande impatto, che ha vaporizzato i serbatoi congelati di acqua iniettando grandi quantità di anidride carbonica e metano nell’atmosfera. Il vapore acqueo e il rilascio di gas si sono quindi combinati per interrompere temporaneamente il clima freddo e secco del pianeta creando le condizioni per l’avvento di un breve periodo caldo e umido. La condensa ha formato delle nuvole di vapore acqueo, che a loro volta hanno dato vita alle piogge torrenziali – verosimilmente su tutto il pianeta. L’acqua caduta nel Cratere di Gale, si è sommata all’acqua che scendeva originandosi dal Monte Sharp – un tumulo a forma di mezzaluna nel centro del cratere e costituito da 5 km di rocce sedimentarie – producendo gigantesche e rapidissime inondazioni e depositando le creste di ghiaia osservate da Curiosity nelle Hummocky Plains Unit. Le inondazioni sul Pianeta rosso sono poi diminuite rapidamente, erodendo le creste delle antidune, e ridepositando i sedimenti rimossi nelle aree di passaggio tra le creste, le cosiddette unità striate – ciascuna di dimensioni tipiche di 50-200 m rispettivamente in larghezza e lunghezza e costituita di 5-10 m di strati di immersione verso sud. Grazie a questo studio, il team scientifico del rover Curiosity ha stabilito che il cratere di Gale, in passato, aveva laghi e torrenti persistenti, buoni indicatori del fatto che il cratere, così come il Monte Sharp al suo interno, erano in grado di sostenere la vita microbica. All’inizio Marte era un pianeta estremamente attivo dal punto di vista geologico, e certamente ospitava le condizioni necessarie per sostenere la presenza di acqua liquida in superficie «Sulla Terra, dove c’è acqua, c’è vita. Marte era dunque un pianeta abitabile», conclude Fairen. «Era abitato? Questa è una domanda a cui il prossimo rover Perseverance – lanciato da Cape Canaveral lo scorso 30 luglio, e che dovrebbe raggiungere Marte il 18 febbraio 2021 – ci aiuterà a rispondere». (Media Inaf)

Esplorazione umana per il Pianeta Rosso

Astrobiology è interamente dedicato alla missione Amadee-18, la missione dell’Austrian Space Forum (Oewf) progettata per simulare in ogni minimo dettaglio l’esperienza di 5 astronauti analoghi in una regione del deserto arabico nel sudovest del Oman, una replica quasi perfetta di Marte. Gli articoli sono in tutto sei, e offrono un’accurata panoramica sulla missione e sugli esperimenti portati avanti, evidenziandone i numerosi risultati. Tra i quattro esperimenti italiani della missione c’è ScanMars, una collaborazione tra il Dipartimento di fisica e geologia dell’Università di Perugia e l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). Nell’articolo “The ScanMars Subsurface Radar Sounding Experiment on Amadee-18”, Alessandro Frigeri (Inaf) e Maurizio Ercoli (Università di Perugia) riportano i risultati del loro esperimento, un ground penetrating radar (Gpr) che ha permesso di ottenere vere e proprie immagini del sottosuolo tramite la ricetramissione di onde elettromagnetiche nel terreno. Lo scopo è quello di studiare il comportamento dell’acqua in zone aride, obiettivo comune per molte delle missioni già presenti su Marte. Come funziona? ScanMars trasmette impulsi radio nel terreno e riceve gli echi di questi impulsi arricchiti di informazioni relative all’assetto geologico del terreno: l’uso di un georadar permette di rilevare strutture geologiche ed eventuale presenza di acqua fino a 5-10 metri di profondità. L’esperimento è nato dall’unione dell’esperienza nel rilevamento geofisico dell’Università di Perugia e della interpretazione ed integrazione dei dati di Inaf. Nello specifico, Ercoli è un esperto di ground penetrating radar e si è occupato della parte strumentale, mentre Frigeri ha coordinato la pianificazione della campagna scientifica e l’integrazione dei dati di remote sensing con i dati radar. Durante le attività extraveicolari simulate, i 5 analoghi astronauti hanno hanno raccolto circa 85 mila echi radar e quasi 2 chilometri di profili. «L’articolo di Astrobiology descrive l’esperimento ScanMars e analizza una parte dei dati acquisiti durante la missione Amadee-18 in funzione delle possibili implicazioni in campo astrobiologico», dice Frigeri a Media Inaf. «L’integrazione di osservazioni di remote sensing, dati radar ed osservazioni sul terreno durante la missione, ci ha permesso di costruire un modello geologico del sottosuolo. Si individua così una sequenza di eventi tettonici e sedimentari che ha portato all’attuale assetto dell’area di studio. Nello specifico del nostro articolo sedimenti continentali recenti poggiano su corpi rocciosi marini più antichi. In un contesto astrobiologico, questo vuol dire conoscere i possibili ambienti in cui la vita può essersi sviluppata in passato, ma anche individuare ambienti sotterranei che possono preservare forme elementari di vita oggi. Questo ultimo aspetto ha particolare importanza per la ricerca di vita su Marte in cui i primi metri di sottosuolo, protetti dalle radiazioni ionizzanti della superficie, sono i principali target delle missioni dei rover Mars 2020 (Nasa) ed ExoMars 2022 (Esa) che cercheranno tracce di vita presente o passata sul Pianeta Rosso, anche con l’utilizzo di ground penetrating radar». Gli “astronauti analoghi” sono stati addestrati per operare lo strumento radar come se fossero dei veri e propri geologi. E questa è la sfida più grande, spiega lo stesso Frigeri: «ScanMars doveva essere operato da personale non specializzato nell’utilizzo di radar, in un ambiente estremo e vestito con prototipi di tute spaziali. La sfida più grande di ScanMars è stata l’individuazione del setup dell’esperimento e la preparazione dell’addestramento al personale che avrebbe simulato la missione in Oman». I dati presentati nell’articolo mostrano segnali di ritorno fino a 4 metri di profondità, associati alla geologia delle rocce indagate. I risultati ottenuti dallo ScanMars confermano che il sondaggio radar sotterraneo nei siti di atterraggio marziano è fondamentale per la caratterizzazione geologica a basse profondità. Il modello geologico del sottosuolo può essere utilizzato come base per ricostruire le ambientazioni marziane, contribuendo in maniera utile alla ricerca di tracce di vita presente o passata sul Pianeta rosso. La missione di simulazione è durata un mese, dal 1 al 28 febbraio 2018. In collaborazione con la Oman Astronomical Society e un team di ricerca proveniente da 25 nazioni, l’Austrian Space Forum ha simulato una spedizione umano-robotica su Marte conducendo 19 esperimenti, spaziando dall’astrobiologia alle geoscienze, per testare, in un ambiente verosimilmente “simile” a quello marziano, attrezzature, attività e tattiche che potrebbero essere inserite in effettive missioni umane su Marte.«Amadee-18 va ad accrescere l’esperienza nello sviluppo non solo di esperimenti, ma anche nell’ottimizzazione di procedure operative necessarie alle future missioni spaziali umane e robotiche sulle superfici dei corpi del Sistema solare, in cui una serie di esperimenti devono lavorare in coro. Esperimenti come ScanMars ci preparano alle prossime missioni in cui l’analisi geologica sarà un elemento importante per comprendere l’evoluzione dei corpi solidi e ghiacciati del Sistema Solare», conclude il ricercatore dell’Inaf. Gli altri tre esperimenti italiani sono V(r)itago (Mars Planet italiana), un’applicazione di realtà virtuale per l’addestramento degli astronauti e per le analisi geologiche; HortExtreme (Agenzia spaziale italiana), una serra per coltivare in breve tempo piccoli ortaggi in ambienti estremi; il Field Spectrometry (Asi e Inaf), per misure gli spettri di radianza in un ambiente analogo a quello di Marte.

In fase di progettazione c’è già la missione Amadee-20, ma questa volta l’equipaggio di astronauti analogici verrà mandato in Israele per simulare, ancora una volta, una vera e propria missione su Marte. La nuova missione sarà guidata Israel Space Agency dal 4 al 31 ottobre 2021, in collaborazione con D-Mars e team scientifici provenienti da 9 nazioni. Il Mission Support Center in Austria imiterà la fase di supporto a terra, inclusi i team operativi, i pianificatori di volo, il supporto scientifico a distanza e l’infrastruttura necessaria per coordinare il complesso insieme dei nuovi 16 esperimenti previsti. (Media Inaf)

Acqua liquida su Marte, l’annuncio della NASA

Per molti aspetti Marte è un pianeta molto simile alla Terra. La durata del giorno è solo 37 minuti più lunga rispetto a quella terrestre. L’inclinazione dell’asse di rotazione, pressoché identico al nostro, produce il susseguirsi di tutte e quattro le stagioni. Come sulla Terra, su di esso esistono vulcani, venti, tempeste di polvere, nuvole, calotte polari e canyon. Tuttavia, oggi, Marte è un pianeta secco e arido. Fin dalle prime osservazioni ad opera delle sonde appare evidente che, in passato, l’acqua liquida ha giocato un ruolo fondamentale nella formazione di alcune strutture geologiche. Negli ultimi anni, le migliaia di immagini catturate dalle sonde in orbita attorno al pianeta hanno mostrato delle strutture somiglianti a rivoli d’acqua lungo le pareti dei crateri e i pendii delle dune che variano nel tempo. La prova che a generarli sia proprio l’acqua è arrivata solo ora ad opera della sonda americana denominata MRO. Grazie ai risultati ottenuti usando lo spettrometro e la camera presenti a bordo, gli scienziati hanno potuto individuare dei perclorati all’interno di questi rivoli. I perclorati sono dei sali che possono formare dei composti idrati stabili. Inoltre, sono in grado di abbassare la temperatura di congelamento permettendo all’acqua di rimanere liquida più a lungo e addirittura fino a -70°C. Una sorta di antigelo naturale. I sali trovati sono in grado di assorbire l’umidità atmosferica formando una soluzione acquosa. Questo processo potrebbe, oggi, essere attivo su Marte. In un dato posto, se tutta l’umidità presente in atmosfera condensasse sulla superficie, lo strato di ghiaccio che si verrebbe a formare avrebbe lo spessore di un decimo di un capello. Per confronto, l’atmosfera terrestre contiene dieci mila volte più acqua rispetto a quella presente su Marte. Si intuisce che, per creare le strutture osservate sulla sua superficie, serve molta più umidità. La soluzione dell’enigma potrebbe risiedere da qualche altra parte. 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. La cosa che sembra certa è, comunque, la forte relazione fra queste strutture e la presenza di acqua al loro interno. L’ipotesi è che si siano formate a causa dell’innalzamento delle temperature estive che avrebbero favorito la formazione di acqua liquida. Quest’ultima non sarebbe pura. La concomitanza di perclorati fa pensare ad acqua salmastra. Sulla Terra, l’acqua è un elemento fondamentale per la vita. La sua identificazione apre nuovi e affascinanti scenari in vista della missione ExoMars. Con il suo robot, nel 2018, l’Agenzia Spaziale Europea atterrerà per la prima volta sul Pianeta Rosso. A bordo avrà numerosi strumenti scientifici in grado anche di individuare una possibile attività di origine biologica. Chissà se non sarà quello il momento in cui avremo una risposta definitiva alla domanda: esiste vita al di fuori della nostro pianeta?
di Giacomo Filippo Carrozzo (INAF)

Il mistero dei canali che disegnano Marte

Cosa portò alla formazione dei lunghi ed enormi canali di scorrimento che disegnano la superficie di Marte? Finora gli esperti hanno creduto che fossero stati creati da una grande falda acquifera a livello globale che rilasciò enormi quantità di acqua nel lontano (lontanissimo) passato del quarto pianeta del Sistema solare. Non è così, almeno è quello che cercano di provare i ricercatori guidati da Alexis P. Rodriguez del Planetary Science Institute. Il suo team ha rivelato che delle esplosioni sotterranee gigantesche provocarono la formazione dei maggiori canali fluviali su Marte, 3,2 miliardi di anni fa (sono anche i canali più lunghi e profondi dell’interno Sistema solare).
«Il processo di inondazione è regionale, non globale», ha detto Rodriguez, primo autore dello studio “Martian outflow channels: How did their source aquifers form, and why did they drain so quickly?”, pubblicato su Nature Scientific Report. La prova sta in depositi di ghiaccio e sedimenti rocciosi risalenti a 450 milioni di anni prima delle esplosioni: «I sedimenti fluviali e il ghiaccio hanno riempito questi canyon giganti sotto un oceano primordiale nelle pianure settentrionali del pianeta. È stata l’acqua conservata in questi sedimenti nei canyon che ha provocato poi le grandi inondazioni, i cui effetti si possono vedere oggi».
Cosa successe? I canyon si riempirono, l’oceano pian piano evaporò e la superficie rimase ghiacciata per circa 450 milioni di anni. Poi, circa 3,2 miliardi di anni fa, la lava al di sotto dei canyon riscaldò il suolo sciogliendo il materiale ghiacciato e dando così il via al vasto sistema fluviale di cui oggi vediamo solo le tracce nelle centinaia di chilometri di canali. «Il nostro studio dimostra che gli antichi sedimenti su Marte possano aver seppellito enormi quantità di acqua, probabilmente innescando anche la glaciazione del pianeta – ha spiegato ancora Rodriguez – Le prove che questo ambienti antichi nel passato possa essere stato in grado di sostenere forme di vita simili a quelle sulla Terra potrebbero essere presenti nei materiali del sottosuolo che sono ora in superficie».
Lo scienziato ha anche sottolineato che proprio perché il processo di sedimentazione, congelamento, riscaldamento e poi eruzione è da registrarsi su scala regionale, «potrebbero esserci vasti bacini di acqua ghiacciata intrappolati sotto la superficie marziana ai confini con l’antico oceano dell’emisfero settentrionale così come sotto la superficie di altre regioni del pianeta in cui erano presenti contemporaneamente mari e laghi. Questo potrebbe essere fondamentale per il futuro delle attività umane su Marte». E si spera che questo futuro arrivi molto presto!
di Eleonora Ferroni (INAF)

Nel futuro c’è Marte

L’uscita ormai prossima del film The Martian riaprirà sicuramente anche presso il grande pubblico il sogno, o per alcuni la questione, dell’esplorazione umana di Marte. Dalle osservazioni di Schiaparelli prima e di Lowell, che dalle osservazioni dell’astronomo italiano prese lo spunto, nacque l’idea che Marte potesse essere un pianeta abitabile e forse abitato. Un’ipotesi che, per inciso, diede lo spunto a tutta la letteratura di fantascienza e che continuò fino ai giorni nostri, o quasi. Fu infatti solo con le missioni spaziali, superando la barriera che l’osservazione astronomica da Terra impone con le misure che la scienza planetaria consente, che si fu in grado di stabilire che Venere, l’altro pianeta sospettato di essere abitabile, e Marte non ospitavano forme di vita visibili. Per Marte in particolare lo shock ci fu con le immagini che la prima missione americana, Mariner 4, che 50 anni fa raggiunse il pianeta. Mostravano, anche se a bassissima risoluzione, un pianeta arido, cosparso di crateri e totalmente privo dei “canali” visti da Schiaparelli e Lowell. Da quel primo lontano fly-by ad oggi molte altre missioni si sono succedute. Dal 1960 ad oggi le missioni lanciate verso Marte sono state 41 tra sovietiche, di cui nessuna ha raggiunto l’obiettivo, e americane, anche loro con 5 insuccessi, e poi una europea, una indiana ed una giapponese. Ogni missione ha aumentato la conoscenza del pianeta, solo per ricordarne alcune: Mariner 9 con le prime immagini a colori, il primo atterraggio con successo de la vista di Marte dalla sua superficie con i Viking nel 1979, il primo rover Pathfinder, piccolo ma in grado di dimostrare di potersi muovere sulla superficie, Mars Express, la prima missione europea con a bordo uno strumento, il radar sounder italiano MARSIS, che ha aperto una nuova frontiera di ricerca, MSL un grande rover mosso da energia nucleare che sta dimostrando che si può pensare ad una mobilità estesa per le missioni future. Ed il futuro, anche quello con astronauti che cammineranno sulla superficie del Pianeta Rosso, è quello che si sta ora iniziando a costruire. E’ vero che fino ad oggi non abbiamo l’evidenza che su Marte si sia sviluppatala vita, anche se in forma primitiva tipo quella dei batteri estremofili che con sorpresa abbiamo scoperto riescono a vivere anche nelle nicchie più ostili della Terra, ma è anche vero che abbiamo scoperto, e stiamo continuando a scoprire, che le condizioni geologiche necessarie ci sono state ad iniziare dalla presenza di acqua liquida sulla sua superficie ed anche della presenza di tutti i minerali necessari. Inoltre, grazie anche a strumenti sviluppati in Italia, si è potuto determinare che l’acqua, elemento essenziale per la sopravvivenza su lungo periodo dell’uomo, sia pure sotto forma di ghiaccio è abbondante. Ce lo hanno detto soprattutto i due radar sounder MARSIS e Sharad, sviluppati grazie all’ingegno di uno scienziato dell’Università la Sapienza, che ci ha lasciato da poco, il prof. Giovanni Picardi e dei suoi discepoli. Quando il primo di questi strumenti del tutto innovativi capaci di fare la radiografia fino a chilometri di profondità e di determinare la presenza di ghiaccio o acqua nascosti nelle viscere del pianeta, fu proposto per la missione Mars Express eravamo nel 1996 durante una riunione del gruppo internazionale di coordinamento per l’esplorazione di Marte IMEWG. La riunione era al KSC in occasione del lancio di Pathfinder, c’era stato da poco l’ennesimo fallimento di una missione sovietica. Mars ’96, che aveva a bordo anche quattro strumenti europei, tra cui quello italiano PFS di Vittorio Formisano dell’INAF, tutti gli strumenti avevano dei modelli “spare” disponibili in laboratorio ed ESA propose di realizzare una missione, fast, per portarli su Marte e che c’era posto per altri due strumenti. ASI propose MARSIS che comunque dovette superare una dura selezione visti che come sempre c’erano altri forti competitori, e poi lo realizzò. Era una nuova frontiera che fu seguita rapidamente dalla proposta che l’ASI fece alla NASA per un secondo radar dello stesso tipo, anche se con frequenze leggermente diverse per ampliare il ritorno scientifico con una sinergia operativa tra i due, che portò al lancio il 12 agosto del 2005 di SHARAD, a bordo di MRO. Oggi abbiamo una buona mappatura di Marte fino a circa 5 km di profondità, sappiamo dove sono le riserve di ghiaccio principali e che l’acqua contenuta nella sola calotta polare nord sarebbe sufficiente a ricoprire l’intero pianeta con un oceano dello spessore di 8 metri. Ora, e saranno le missioni in fase di sviluppo per il 2018 e 2020 dobbiamo cercare le riserve più prossime alla superficie. Questo è uno degli obiettivi che si pongono sia Exomars 2018 dell’ESA, che Mars 2020 della NASA. Exomars sarà il primo rover marziano equipaggiato con un drill, una trivella, capace di bucare fino a 2 metri di profondità, fare misure spettroscopiche all’interno del foro e dare campioni agli strumenti di bordo. Anche il drill è uno strumento made in Italy e lo spettrometro contenuto all’interno della sua punta di perforazione nasce dall’intuizione di un’altra scienziata italiana, prematuramente scomparsa, Angioletta Coradini dell’INAF. Un altro obiettivo di Exomars è cercare, nei campioni sottosuperficiali catturati dal drill e con l’utilizzo strumenti specifici, le tracce di elementi organici correlati alla vita per dirimere, si spera finalmente, la questione se c’è stata o c’è vita su Marte. Mars 2020 si concentrerà soprattutto sull’estendere le ricerche geofisiche già condotte da MSL e in particolare, collezionare dei campioni da mettere in un contenitore sigillato che resterà disponibile sulla superficie di Marte aspettando una successiva missione, nel 2022 o 24, che li riporterà a sulla Terra. Il ritorno dei campioni a terra ha una duplice valenza: da un lato scientifica, la possibilità di analizzarli con strumentazioni che non possono essere portate su un altro pianeta ad esempio per effettuare la datazione assoluta, dall’altra dimostrare che è possibile fare un viaggio di andata e ritorno. Provare le tecnologie per ripartire dalla superficie di Marte e tornare sulla Terra è uno dei passi fondamentali per il successo dell’esplorazione umana. Molte altre cose si devono provare anche con gli astronauti e la strategia che ora si sta delineando inizia con un ruolo, diverso da quello prevalente fino ad oggi, per la ISS che può diventare il campo di prova per studiare il comportamento del corpo umano a lunghissime esposizioni all’ambiente spaziale, a cominciare dagli effetti della microgravità sulla circolazione del sangue e dei liquidi linfatici per periodi di un anno e più, alle tecnologie per la protezione dalla radiazione fino alle tecniche di rendez-vous e docking. Il passo successivo, che in effetti sarà progettato me realizzato in parallelo, sarà quello di sviluppare un nuovo lanciatore molto potente per realizzare un outpost in orbita circumlunare, catturare un asteroide ed far operare degli astronauti in un ambiente via via più lontano dalla Terra. Dopo la Luna si prevede di andare in orbita intorno a Marte, operare da li, imparare ad andare e tornare nel modo più efficiente possibile e , finalmente, atterrare su Marte. La lista delle cose da fare è lunghissima e va dal realizzare nuove tute, nuovi attrezzi, rover per lo spostamento umano, moduli abitabili in grado anche di assicurare un adeguato schermaggio dalle radiazioni, realizzare impianti di produzione di energia anche per sciogliere il ghiaccio o alimentare le serre per la produzione di cibo, fino a realizzare un sistema di telecomunicazioni in grado di assicurare una capacità di collegamento continuo anche quando il Sole si frappone tra la Terra e Marte impedendo, come ora succede, di comunicare. Stiamo parlando di un orizzonte temporale che potrebbe vedere l’atterraggio su Marte nella sconda metà degli anni trenta di questo secolo. Nel frattempo si faranno altre missioni più tipicamente scientifiche per meglio caratterizzare e capire i meccanismi fondamentali che hanno determinato l’evoluzione di Marte, e quindi anche capire meglio quelli che determinano l’evoluzione della Terra, al contempo affinando alcune tecnologie critiche. Il primo esempio di queste missioni è Exomars 2016 che vedrà il prossimo anno il primo vero lander europeo, non un piccolo esperimento scientifico come fu Beagle2, atterrare su Marte e un satellite entrare in orbita. L’italia è in prima fila in questo sforzo europeo e guida il consorzio di nazioni che sta consentendone la realizzazione. Italiani saranno i due esperimenti scientifici sul lander, che è stato denominato su proposta italiana Schiaparelli, che effettueranno misure chiave delle condizioni dell’atmosfera, a cominciare dal contenuto di polveri, durante la discesa e la permanenza sulla superficie. A forte partecipazione italiana è anche la camera ad alta risoluzione che è a bordo del TGO, ovvero il satellite, che consentirà di produrre una mappa ad alta risoluzione dell’elevazione della superficie di Marte aiutando così in maniera fondamentale la selezione dei futuri siti di atterraggio a cominciare da quello per il rover del 2018. L’industria italiana , TAS-I, cui è stato assegnato il ruolo di prime industriale per Exomars sta ora completando i test finali su Schiaparelli ed il TGO che saranno spediti, a fine autunno, in Russia per il lancio. Il futuro dell’esplorazione di Marte sarà uno sforzo necessariamente internazionale cui l’Italia, con l’ASI e la comunità scientifica ed industriale, sta già guardando con attenzione. Abbiamo alle spalle una lunga tradizione di successo con gli strumenti scientifici ed una comunità scientifica al massimo livello mondiale, con la realizzazione di buona parte dell’area abitabile della ISS, con una grande tradizione di astronauti di riconosciuta capacità, una lunga tradizione di collaborazione internazionale dove l’Italia con l’ASI partecipa a tutti i board di progetto per l’esplorazione di Marte. Ci sono quindi tutte le condizioni per avere anche in questo scenario futuro dell’esplorazione di Marte, e dei necessari passi intermedi, un ruolo importante. Sarà lungo e c’è molto da lavorare non solo per noi ora, ma anche e soprattutto per le prossime generazioni.
Enrico Flamini coordinatore scientifico dell’Agenzia Spaziale Italiana

Uno sguardo dentro Marte

Quando arriverà su Marte, a settembre del prossimo anno, il lander InSight della NASA inizierà a svolgere una ininterrotta attività di studio del Pianeta rosso e in particolar modo della sua struttura interna, che ancora non conosciamo in dettaglio. Sappiamo che Marte in passato possedeva un campo magnetico su scala globale e vulcani attivi. Così come la Terra, può anche avere manifestato una tettonica delle placche e sommovimenti della sua crosta, fenomeni questi ultimi che potrebbero verificarsi ancora oggi. InSight sarà in grado di individuare queste scosse grazie ai sismografi di cui è dotato. Non potrà però determinare la loro posizione: per far questo, così come sulla Terra, c’è bisogno di misure contemporanee di un evento da almeno tre sismografi disposti in punti differenti della superficie del pianeta. Ma gli strumenti del lander NASA potrebbero captare con successo anche onde sismiche di natura esterna a Marte: quelle prodotte dall’impatto di meteoriti. Ne è convinto Nick Teanby, ricercatore dell’Università di Bristol, nel Regno Unito, che propone questo tipo di ricerca in un articolo pubblicato sulla rivista Icarus. «Questo tipo di scontri non producono grandi segnali sismici, ma Marte dovrebbe essere molto più quieto della Terra: rispetto al nostro pianeta non c’è alcun rumore di fondo prodotto da onde marine, da vegetazione o da attività umane» dice Teanby. Rimane però sempre il problema di capire quali dei segnali captati dagli strumenti di InSight saranno associati allo schianto di meteoriti sulla superficie di Marte. In questo aspetto sarà determinante il supporto offerto dalle altre sonde già in orbita attorno al Pianeta rosso. «Se riusciamo a rilevare i crateri di questi impatti da immagini orbitali, possiamo ricavare esattamente la loro distanza dal lander InSight. Questo rende l’interpretazione dei dati molto più semplice» aggiunge Teanby. Potendo infatti effettuare questa correlazione, i ricercatori saranno in grado di monitorare in tempo quasi reale come la crosta e il mantello di Marte rispondono a sollecitazioni di origine esterna e ricavare così informazioni fondamentali per comprendere la struttura interna del pianeta.
di Marco Galliani (INAF)

La scomparsa dell’acqua su Marte

Una serie di mappe della distribuzione atmosferica dell’acqua marziana, realizzate da un gruppo di ricercatori della NASA guidati da Geronimo Villanueva grazie ad alcuni tra i maggiori telescopi terrestri, hanno permesso di determinare che su Marte esisteva un oceano primitivo caratterizzato da un volume d’acqua di almeno 20 milioni di chilometri cubi, superiore rispetto a quello dell’Oceano Artico qui sulla Terra, e che poi nel corso del tempo l’87% è finito nello spazio.

Nella foto raffigurazione artistica, basata su dati geologici, di come dovevano apparire un tempo Marte e i suoi oceani

Da giovane, il pianeta avrebbe avuto abbastanza acqua da coprire l’intera superficie formando uno strato liquido profondo circa 137 metri. Non solo, ma l’acqua avrebbe inoltre formato un oceano occupando quasi metà dell’emisfero nord e raggiungendo in alcune regioni delle profondità maggiori di qualche chilometro.
«Il nostro studio fornisce una stima solida di quello che era il contenuto d’acqua su Marte», spiega Villanova, autore principale dell’articolo pubblicato su Science. «Questo lavoro permette di comprendere meglio la storia evolutiva dell’acqua sul pianeta rosso».
Le osservazioni condotte dai ricercatori si basano su una serie di misure dettagliate di due composti leggermente differenti dell’acqua presente nell’atmosfera marziana: uno è quello a noi familiare, cioè l’H2O, mentre l’altro è una forma isotopica (HDO, acqua pesante), in cui un atomo di idrogeno viene sostituito dalla versione più pesante chiamata deuterio. Per far questo, gli scienziati hanno raccolto i dati durante un periodo di sette anni, dal 2008 al 2014, utilizzando gli spettrometri ad alta risoluzione, quali CRIRES, NIRSPEC e CSHELL che sono installati rispettivamente presso il Very Large Telescope (VLT), il telescopio Keck e l’InfraRed Telescope Facility (IRTF). Confrontando il rapporto HDO/H2O, gli scienziati sono stati in grado di determinarne la concentrazione e perciò di stimare quanta acqua è andata persa nello spazio nel corso della vita del pianeta.
Le mappe della distribuzione atmosferica dell’acqua marziana, che sono le prime di questo tipo, mostrano come varia il contenuto dell’acqua ordinaria e della sua controparte isotopica in funzione della stagione e della regione marziana, nonostante oggi il pianeta rosso sia sostanzialmente un deserto e un ambiente ostile. In particolare, i ricercatori si sono interessati alle regioni in prossimità dei poli poichè le calotte polari di ghiaccio costituiscono i principali depositi d’acqua noti. Si ritiene, infatti, che le calotte polari rappresentino una sorta di archivio storico dell’acqua marziana a partire da 4,5 – 3,6 miliardi di anni fa, quando dovevano essere presenti copiosi bacini d’acqua sotterranei.
Il risultato più importante che emerge da questo studio è che le nuove mappe rivelano una notevole concentrazione di deuterio rispetto ai valori medi su scala globale le cui osservazioni indicavano dei rapporti tra l’acqua pesante e quella ordinaria D/H pari a 5-6, così come definito secondo gli standard VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Infatti, i ricercatori hanno trovato dei valori di D/H più elevati in prossimità delle regioni polari, anche 7 volte superiore rispetto a quanto si misura nel caso degli oceani terrestri. In altre parole, i risultati suggeriscono che circa 4,5 miliardi di anni fa Marte possedeva abbastanza acqua tale da coprire almeno il 20% della sua superficie (per confronto l’Oceano Atlantico occupa il 17% della superficie terrestre). Ciò implica che il pianeta debba aver perso un volume d’acqua pari a 6,5 volte maggiore di quello presente attualmente nelle calotte polari per giustificare un rapporto D/H così elevato.
Inoltre, anche le grandi variazioni dell’inclinazione dell’asse subite da Marte ad intervalli di milioni di anni avrebbero causato la vaporizzazione e la successiva formazione dei principali depositi di ghiaccio, un processo che, secondo gli autori, avrebbe rimescolato l’acqua da diversi bacini ad intervalli regolari. Se ciò è vero, quasi tutti i bacini d’acqua superficiali e polari dovrebbero avere un rapporto D/H relativamente eguale. Ma poiché vengono osservati dei valori ancora più elevati (fino a 9-10) in alcune regioni, questo rimescolamento dell’acqua potrebbe suggerire che gli attuali depositi d’acqua su Marte contengano un rapporto ancora più elevato di quanto ipotizzato, un processo che potrebbe implicare una stima maggiore della perdita di acqua nel corso della vita del pianeta.
Dunque, le mappe D/H evidenziano l’importanza delle misure isotopiche relative al pianeta rosso anche perchè sono state ottenute in modo tale da separare gli effetti climatologici da quelli evoluzionistici (sia in termini spaziali che temporali). Questo studio permette non solo di stimare in maniera più accurata l’attuale rapporto D/H dei bacini d’acqua su Marte ma permette anche di migliorare sia la stima della quantità d’acqua che è andata persa su tempi scala geologici che la stima dell’acqua “mancante” che potrebbe risiedere nei depositi ancora da esplorare. Infatti, per tener conto dei depositi d’acqua, i ricercatori hanno proposto diverse soluzioni: esse vanno dai depositi polari stratificati, alle regoliti ricche di ghiaccio presenti a latitudini intermedie, dai bacini superficiali presenti a latitudini più elevate ai depositi di acqua sotterranea, così come è stato desunto dalle osservazioni satellitari.
«Il fatto che Marte abbia perso tanta acqua indica che il pianeta abbia ospitato per lunghi periodi condizioni favorevoli per lo sviluppo della vita», aggiunge Michael Mumma della NASA e co-autore dello studio. Insomma, è possibile che il pianeta rosso abbia avuto ancora più acqua nel passato e che parte di essa sia successivamente finita sotto la superficie. Dato che queste nuove mappe rivelano la presenza di una serie di microclimi e variazioni nel contenuto atmosferico dell’acqua nel corso del tempo, esse potrebbero fornire uno strumento di indagine utile per identificare potenziali bacini d’acqua nella superficie marziana. Infine, stime più realistiche della distribuzione dei composti dell’acqua riferiti ad epoche attuali e più antiche potrebbero essere realizzate, ad esempio, dalla missione MAVEN della NASA in modo da definire meglio il contenuto d’acqua di Marte sia di oggi che del passato.
di Corrado Ruscica (INAF)

Ecco perché Marte ha due facce

 Marte si presenta ai nostri occhi caratterizzato da un forte dimorfismo fra gli emisferi settentrionale e meridionale; questa è diretta conseguenza di un antico e terribile impatto con un corpo celeste subito nei primi attimi della sua storia. Un trauma violento, che ha cambiato i connotati e la storia del pianeta in modo irreversibile.  Il modello utilizzato suggerisce che un corpo celeste di grandi dimensioni abbia impattato violentemente sul polo sud del Pianeta Rosso, milioni e milioni di anni fa, quando il Sistema solare viveva la sua infanzia. La simulazione mostra come questo evento traumatico sarebbe stato capace di generare un oceano di magma che si sarebbe esteso per tutto l’emisfero meridionale marziano. Con una massa forse anche superiore a un decimo di quella di Marte, il corpo celeste che ha generato energia sufficiente a innescare un processo di cui gli altopiani rocciosi, oggi ben visibili sulla superficie del Pianeta Rosso, sono il risultato finale. Nel corso di trent’anni di studio sono tante le teorie e le ipotesi che si sono rincorse per dare una spiegazione alla dicotomia nord-sud di Marte e sono poche le risposte conclusive agli interrogativi aperti. Ora gli svizzeri aggiungono qualche elemento in più. Anzitutto il corpo celeste che ha cambiato i connotati al Pianeta Rosso doveva contenere ferro in abbondanza (80%) e avere un diametro ben superiore ai 3mila chilometri. Al momento dell’impatto viaggiava a una velocità di cinque chilometri al secondo. Marte aveva un’età compresa fra i 4 e i 15 milioni di anni. Un corpo liquido, ricoperto da una sottile crosta superficiale dura e croccante. L’oggetto celeste ha bucato la superficie come fa un cucchiaio con la crema catalana, innescando un’intensa attività vulcanica che ha interessato la geologia marziana per tre miliardi di anni. Con lo spegnersi degli scambi fra mantello e superficie, Marte si può considerare “clinicamente” morto. Deprivato di campo magnetico – il modello ne data la scomparsa a circa 4,1 miliardi di anni fa, come già ipotizzato in altri studi – il pianeta è diventato definitivamente ostile alla vita. Secondo Leone, primo firmatario dello studio pubblicato su Geophysical Research Letters, «fin dalla sua formazione, Marte è stato caratterizzato da temperature elevate e forte attività vulcanica, che avrebbe fatto evaporare tutta l’acqua disponibile (vedi MediaINAF) rendendo altamente improbabile lo sviluppo di qualsivoglia forma di vita». Il forte dimorfismo fra gli emisferi settentrionale e meridionale del pianeta è stato oggetto di altri studi in passato. Il più noto è quello firmato da due ricercatori americani ed è datato 1984, pubblicato da Nature. L’ipotesi, allora, era quella di un impatto sull’emisfero nord. Questa ipotesi non convince Leone: «Non spiega la distribuzione irregolare dei crateri di origine vulcanica, per lo più diffusi a sud dell’equatore. Il nostro modello è in grado di riprodurre fedelmente l’evoluzione topografica nei due emisferi (vedi MediaINAF). È così che siamo arrivati a comprendere la dinamica dell’impatto nella regione polare meridionale, ricostruendo la composizione chimica del corpo che ha impattato il suolo marziano».
di Davide Coero Borga (INAF)

Metano su Marte, non c’è da stupirsi

Su Marte c’è il metano. Non è una novità, questo idrocarburo elementare è presente in diversi corpi celesti del sistema solare e non Almeno di quelli che hanno un’atmosfera, spessa o rarefatta che sia. Questa molecola organica, CH4, può avere origine infatti, sia da attività vulcanica, sia geofisica, sia biologica. La sua equadistribuzione sull’intera superficie del pianeta, infatti, non la contraddistingue. Potrebbe, infatti, essere emessa da criovulcani come accade, ad esempio, su Titano, la luna di Saturno. Il dato interessante che la NASA ci fornisce attraverso i dati raccolti dalla sonda Curiosity nel cratere di Gale è che vi sono dei picchi di concentrazione (circa dieci volte la media su Marte, ma cento volte inferiori a quelli che si riscontrano sulla Terra) che potrebbero restringere il campo delle possibili origini, escludendo quella vulcanica. Perché il cratere di Gale non ha avuto nel passato attività di tal genere. Quindi le ipotesi diverrebbero due: attività geofisica (da reazione di serpentine con CO2 e acqua) o attività biologica. «La presenza di picchi di concentrazione di metano su Marte non è una novità – spiega Enrico Flamini coordinatore scientifico dell’Agenzia Spaziale Italiana – già nel 2004 con la sonda dell’ESA Mars Express, grazie allo strumento PFS (Planetary Fourier Spectometer) guidato da Vittorio Formisano dell’INAF, si riscontrarono concentrazioni di metano in alcune parti della superficie marziana». «Il dato innovativo – continua Flamini – è che quello era un dato ottenuto in “quota”, dall’alto verso il basso, mentre ora è stato riscontrato da un’analisi compiuta dal rover NASA dal basso verso l’alto. Inoltre permette di escludere una delle possibile tre cause per la produzione di queste concentrazioni di metano: quella vulcanica. Infatti il cratere di Gale non riscontra presenza di attività vulcanica nel passato di Marte». Pur riducendo a due le ipotesi, geofisica o biologica, la concentrazione di produzione del metano rimane ancora un mistero che alla fine unisce Marte a 67/P. In entrambi questi corpi celesti sono state ricontrate molecole organiche, ora si tratta di capire la loro origine. E se nel caso di 67/P toccherà attendere le nuove analisi dell’orbiter Rosetta e la riattivazione di Philae, nel caso di Marte probabilmente dovremo attendere Exomars.
di Francesco Rea (INAF)

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