Studi a lungo termine sull'ozono e il vapore acqueo nell'atmosfera di Marte potrebbero portare a una migliore comprensione della chimica atmosferica per la Terra. Una nuova analisi dei dati della missione Mars Express dell'ESA ha rivelato che la nostra conoscenza del modo in cui questi gas atmosferici interagiscono tra loro è incompleta.

Utilizzando quattro anni marziani di osservazioni dallo strumento SPICAM (Spectroscopy for the Investigation of the Features of the Atmosphere of Mars), che corrisponde a sette anni e mezzo terrestri, un team di ricercatori provenienti da Europa e Russia ha scoperto il vuoto nelle nostre conoscenze durante il tentativo di riprodurre i propri dati con un modello climatico globale di Marte.

L'ozono e il vapore acqueo non sono buoni compagni atmosferici. L'ozono (O ₃ ) viene prodotto quando molecole di anidride carbonica (CO ₂ ), che comprende il 95% dell'atmosfera marziana, sono divisi dalla radiazione ultravioletta del Sole. A sua volta, l'ozono può essere scisso da molecole chiamate radicali idrogeno (HOX), che contengono un atomo di idrogeno e uno o più atomi di ossigeno. Gli stessi radicali idrogeno vengono prodotti quando il vapore acqueo viene scisso dalla luce ultravioletta.

Su Marte, poiché l'anidride carbonica è onnipresente, dovrebbe esserci una firma globale dell'ozono, a meno che una particolare regione non contenga vapore acqueo. In quella circostanza, l'acqua sarà scissa in radicali idrogeno, che reagirà con la molecola di ozono e la separerà.

Così, ovunque SPICAM abbia rilevato vapore acqueo, dovrebbe aver visto una diminuzione dell'ozono. Più vapore acqueo, meno ozono. Il team ha studiato questa relazione inversa, noto anche come anticorrelazione. Hanno scoperto che potevano riprodurne la natura inversa generale con un modello climatico, ma non raggiungere la relazione precisa. Anziché, per una data quantità di vapore acqueo, il modello ha prodotto solo il 50% dell'ozono visto nei dati SPICAM.

"Suggerisce che l'efficienza della distruzione dell'ozono è sopravvalutata nelle simulazioni al computer, "dice Franck Lefèvre, delle atmosfere del Laboratorio, ambienti, osservazioni spaziali (LATMOS), CNRS/Università della Sorbona, Francia, che ha condotto lo studio.

Attualmente, però, la ragione di questa sopravvalutazione non è chiara. Comprendere il comportamento dei radicali dell'idrogeno su Marte è essenziale. "Gioca un ruolo chiave nella chimica atmosferica di Marte ma anche nella composizione globale del pianeta, "dice Franck.

Il modello chimico utilizzato in questo lavoro è stato costruito appositamente da Franck e colleghi per analizzare Marte. Era basato su un modello di parte dell'alta atmosfera terrestre; la mesosfera. Qui, tra circa 40-80 chilometri di altitudine, la chimica e le condizioni sono sostanzialmente simili a quelle che si trovano nell'atmosfera di Marte.

Infatti, la discrepanza riscontrata nei modelli potrebbe avere importanti ripercussioni sul modo in cui simuliamo il clima terrestre utilizzando modelli atmosferici. Questo perché la mesosfera sulla Terra contiene parte dello strato di ozono, che sperimenteranno le stesse interazioni con HOX che avranno luogo su Marte.

"La chimica HOX è importante per l'equilibrio globale dello strato di ozono terrestre, "dice Franck.

Così, capire cosa sta succedendo nell'atmosfera di Marte potrebbe giovare alla precisione con cui possiamo eseguire simulazioni climatiche sulla Terra. E con così tanti dati ora disponibili da SPICAM, la modellazione ha mostrato chiaramente che c'è qualcosa che non capiamo.

Potrebbe essere l'azione delle nuvole?

Quando Franck e colleghi hanno introdotto calcoli per il modo in cui HOX viene assorbito dalle particelle ghiacciate che compongono le nuvole su Marte, hanno scoperto che nei loro modelli sopravviveva più ozono. Questo perché le molecole HOX sono state assorbite prima che potessero separare l'ozono. Ma questo spiegava solo in parte i loro risultati.

"Non funziona in tutti i casi, " dice Franck. E così la squadra guarda anche altrove.

Un'area particolare per ulteriori studi è la misurazione dei tassi di reazione alle basse temperature che si trovano nell'atmosfera marziana e nella mesosfera terrestre. Attualmente, questi non sono ben noti, e quindi potrebbe anche distorcere i modelli.

Ora che il lavoro in corso ha evidenziato in maniera quantitativa dove risiedono le lacune nelle nostre conoscenze, il team raccoglierà più dati utilizzando altri strumenti UV che operano su Marte e continuerà le proprie indagini e aggiornerà il modello.

"Con Mars Express, abbiamo completato la più lunga indagine sull'atmosfera marziana fino ad oggi, indipendentemente dalla missione. Abbiamo iniziato nel 2004, e ora abbiamo 17 anni di dati, che ci ha portato a guardare quasi sette anni marziani di fila, compresi quattro anni marziani di misurazioni combinate di ozono e vapore acqueo prima del canale UV di SPICAM, che misurava l'ozono, ha cessato di funzionare verso la fine del 2014. Questo è unico nella storia dell'esplorazione planetaria, "aggiunge Franck Montmessin, anche da LATMOS, e il ricercatore principale dello strumento SPICAM.

Basandosi sullo straordinario set di dati di Mars Express, nuovi risultati stanno arrivando dal Trace Gas Orbiter dell'ESA, che gira intorno a Marte dall'ottobre 2016. Porta due strumenti, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) e NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) che stanno analizzando l'atmosfera marziana. La missione Maven della NASA trasporta anche apparecchiature ultraviolette che monitorano l'abbondanza di ozono. Così, l'informazione vitale che finalmente svela questo mistero potrebbe arrivare in qualsiasi momento.

Il monitoraggio a lungo termine dei parametri atmosferici e delle loro variazioni da parte di Mars Express fornisce un set di dati unico con cui studiare l'atmosfera marziana come un complesso sistema dinamico.

"Forse sommare tutti questi anni alla fine conterrà la chiave di come l'HOX controlla davvero l'atmosfera marziana, a beneficio della nostra comprensione delle atmosfere planetarie in generale, "dice Franck Montmessin.