Rappresentazione artistica di Mars Express. Lo sfondo si basa su un'immagine reale di Marte ripresa dalla telecamera stereo ad alta risoluzione della navicella. Crediti:Immagine del veicolo spaziale Crediti:ESA/ATG medialab; Marte:ESA/DLR/FU Berlino, CC BY-SA 3.0 IGO
Marte ha perso la maggior parte della sua acqua un tempo abbondante, con piccole quantità rimaste nell'atmosfera del pianeta. Il Mars Express dell'ESA ora rivela di più su dove è andata a finire quest'acqua, mostrando 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 essersi ritirata nel sottosuolo.
Sebbene arido oggi, Probabilmente Marte una volta era un mondo coperto d'acqua come il nostro. La prova di ciò è vista in immagini di vaste, canali di deflusso formati da alluvioni, valli fluviali e delta scavati nella superficie del pianeta, così come nelle osservazioni radar di serbatoi di acqua liquida rinchiusi sotto il ghiaccio e la polvere del polo sud di Marte.
L'acqua ora può esistere solo su Marte sotto forma di ghiaccio o gas a causa della bassa pressione atmosferica sul pianeta, che è inferiore all'1% di quello della Terra. Marte ha perso gran parte della sua precedente acqua nello spazio negli ultimi miliardi di anni, e ancora oggi perde acqua dalla sua atmosfera.
Due nuovi studi, guidato da Anna Fedorova dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa e Jean-Yves Chaufray del Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales, Francia, ora chiariamo come l'acqua si muove attraverso e lascia l'atmosfera di Marte. Rivelano che questo processo è influenzato dalla distanza del pianeta dal Sole e dai cambiamenti nel suo clima e tempo, comprese le massicce tempeste di polvere globali spesso osservate sul pianeta.
Entrambi gli studi hanno utilizzato ampi, set di dati pluriennali ottenuti dallo strumento SPICAM dell'orbiter (Spectroscopy for the Investigation of the Features of the Atmosphere of Mars).
"L'atmosfera è il legame tra superficie e spazio, e quindi ha molto da dirci su come Marte ha perso la sua acqua, " dice Anna. "Abbiamo studiato il vapore acqueo nell'atmosfera dal suolo fino a 100 km di altitudine, una regione ancora da esplorare, oltre otto 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 era più vicino al Sole. Attraverso 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 gelare a una certa altitudine. "Quindi, l'atmosfera superiore si inumidisce e si satura d'acqua, spiegando perché i tassi di fuoriuscita dell'acqua aumentano durante questa stagione:l'acqua viene trasportata più in alto, aiutando la sua fuga nello spazio, "aggiunge Anna.
Negli anni in cui Marte ha sperimentato una tempesta di polvere globale, l'atmosfera superiore è diventata ancora più umida, accumulare acqua in eccesso ad altitudini superiori a 80 km.
"Ciò conferma che le tempeste di polvere, che sono noti per riscaldare e disturbare l'atmosfera di Marte, portare acqua anche ad alta quota, " dice 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 trovato con anni senza tempeste per identificare come le tempeste hanno influenzato la fuga di acqua da Marte".
La telecamera stereo ad alta risoluzione a bordo del Mars Express dell'ESA ha catturato questo impressionante fronte ascendente di nuvole di polvere - visibile nella metà destra dell'inquadratura - vicino alla calotta polare nord di Marte nell'aprile di quest'anno. È stata una delle numerose tempeste di polvere locali su piccola scala osservate negli ultimi mesi sul Pianeta Rosso, che sta attualmente attraversando una stagione di tempeste di polvere particolarmente intensa. Una tempesta molto più grande è emersa più a sud-ovest alla fine di maggio e si è sviluppata in una tempesta globale, tempesta di polvere che circonda il pianeta entro diverse settimane. L'intensità di questo grande evento significa che pochissima luce del Sole raggiunge la superficie marziana, una situazione talmente estrema che il rover Opportunity di 15 anni della NASA non è stato in grado di ricaricare le batterie e chiamare casa:è in modalità ibernazione da metà giugno. Credito:ESA/DLR/FU Berlino, CC BY-SA 3.0 IGO
Questa scoperta è supportata dalla ricerca condotta da Jean-Yves, che ha modellato la densità degli atomi di idrogeno nell'atmosfera superiore di Marte nell'arco di due anni ed ha esplorato come ciò fosse correlato alla fuoriuscita di acqua.
"Abbiamo confrontato i nostri risultati con i dati SPICAM e abbiamo trovato un buon accordo, tranne durante la stagione polverosa, quando il nostro modello ha sottovalutato la quantità di idrogeno presente, " dice Jean-Yves. "Molta più acqua fuoriesce attraverso l'atmosfera in condizioni di disturbo rispetto a quanto previsto dal modello".
In due anni marziani, uno dei quali ha subito una tempesta di polvere, Jean-Yves e colleghi hanno stimato che il tasso di perdita d'acqua varia di un fattore di circa 100, evidenziando l'effetto significativo che le tempeste di polvere 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 due metri ogni miliardo di anni. Però, persino accumulato nei quattro miliardi di anni di storia di Marte, questa quantità è insufficiente per spiegare dove sia andata a finire tutta l'acqua di Marte.
"Una volta sul pianeta deve essere esistita una quantità significativa per spiegare le caratteristiche create dall'acqua che vediamo, " dice Jean-Yves. "Poiché non è stato tutto perso nello spazio, i nostri risultati suggeriscono che o quest'acqua si è spostata nel sottosuolo, o che i tassi di fuoriuscita dell'acqua erano molto più alti in passato."
I risultati di Anna, Jean-Yves e colleghi completano le recenti scoperte dell'ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), quale, dal 2018 e insieme a Mars Express, ha monitorato la distribuzione dell'acqua per altitudine nell'atmosfera di Marte. Questi risultati hanno suggerito che il tasso di perdita d'acqua di Marte potrebbe essere collegato ai cambiamenti stagionali.
Il lavoro di Mars Express per determinare la perdita d'acqua di 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 dell'idrogeno). Tali dati multi-missione aiuteranno a limitare non solo il comportamento attuale dell'acqua, ma anche la perdita cumulativa d'acqua nel corso della storia marziana, vitale per capire se l'acqua di Marte è andata sottoterra o nello spazio.
"Due temi chiave nella nostra continua esplorazione di Marte sono l'evoluzione del pianeta e la perdita di acqua, e il ruolo delle tempeste di polvere nel plasmare il clima e l'atmosfera marziani, "dice 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'immagine non solo della sua climatologia attuale, ma ma come è cambiato il suo clima nel corso della storia. Per tali studi abbiamo bisogno del 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 lanciato il 2 giugno 2003, e ha trascorso oltre 17 anni in orbita su Marte monitorando attentamente le proprietà dell'atmosfera del pianeta.
