Questa illustrazione mostra la navicella spaziale MAVEN della NASA e il lembo di Marte. Credito:NASA/Goddard
Combinando le osservazioni di tre veicoli spaziali internazionali su Marte, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che le tempeste di polvere regionali svolgono un ruolo enorme nel prosciugare il Pianeta Rosso.
Le tempeste di polvere riscaldano le altitudini più elevate della fredda atmosfera marziana, impedendo al vapore acqueo di congelarsi come al solito e permettendogli di raggiungere più in alto. Nelle zone più alte di Marte, dove l'atmosfera è rada, le molecole d'acqua sono lasciate vulnerabili alle radiazioni ultraviolette, che li scompone nei loro componenti più leggeri di idrogeno e ossigeno. Idrogeno, che è l'elemento più leggero, si perde facilmente nello spazio, con l'ossigeno che fuoriesce o torna in superficie.
"Tutto quello che devi fare per perdere acqua in modo permanente è perdere un atomo di idrogeno perché allora l'idrogeno e l'ossigeno non possono ricombinarsi in acqua, " ha detto Michael S. Chaffin, ricercatore presso il Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio dell'Università del Colorado a Boulder. "Quindi quando hai perso un atomo di idrogeno, hai sicuramente perso una molecola d'acqua."
Gli scienziati sospettano da tempo che Marte, una volta caldo e umido come la Terra, ha perso la maggior parte della sua acqua in gran parte attraverso questo processo, ma non si sono resi conto dell'impatto significativo delle tempeste di polvere regionali, che si verificano quasi ogni estate nell'emisfero meridionale del pianeta. Si pensava che i principali colpevoli fossero tempeste di polvere che avvolgono il globo che colpiscono in genere ogni tre o quattro anni marziani, insieme ai caldi mesi estivi nell'emisfero australe, quando Marte è più vicino al Sole.
Ma l'atmosfera marziana si riscalda anche durante i piccoli, tempeste di polvere regionali, secondo un nuovo articolo pubblicato il 16 agosto sulla rivista Astronomia della natura . I ricercatori, un team internazionale guidato da Chaffin, hanno scoperto che Marte perde il doppio della quantità di acqua durante una tempesta regionale rispetto a una stagione estiva meridionale senza tempeste regionali.
La nuvola giallo-bianca in basso al centro di questa immagine è una "torre di polvere" di Marte, una nuvola concentrata di polvere che può essere sollevata a decine di miglia sopra la superficie. I pennacchi blu-bianchi sono nuvole di vapore acqueo. Mons Olimpo, il vulcano più alto del sistema solare, è visibile nell'angolo in alto a sinistra, mentre in basso a destra si vede la cabina Valles Marineris. Scattata il 30 novembre, 2010, l'immagine è stata prodotta dal Mars Reconnaissance Orbiter della NASA Mars Color Imager. Credito:NASA/JPL-Caltech/MSSS
"Questo documento ci aiuta virtualmente a tornare indietro nel tempo e a dire:"OK, ora abbiamo un altro modo per perdere acqua che ci aiuterà a mettere in relazione questa poca acqua che abbiamo oggi su Marte con l'enorme quantità di acqua che avevamo in passato, " disse Geronimo Villanueva, un esperto di acqua marziana presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e coautore dell'articolo di Chaffin.
Poiché l'acqua è uno degli ingredienti chiave per la vita come la conosciamo, gli scienziati stanno cercando di capire per quanto tempo è fluito su Marte e come si è perso.
Miliardi di anni fa, Marte aveva molta più acqua di oggi. Ciò che resta è congelato ai poli o bloccato nella crosta. Fuso, quest'acqua residua potrebbe riempire un oceano globale fino a 100 piedi, o 30 metri, profondo, alcuni scienziati prevedono.
Sebbene scienziati come Chaffin avessero molte idee su ciò che stava accadendo all'acqua su Marte, mancavano le misure necessarie per legare insieme l'intera immagine. Quindi, una rara convergenza di orbite di veicoli spaziali durante una tempesta di polvere regionale da gennaio a febbraio 2019 ha permesso agli scienziati di raccogliere osservazioni senza precedenti.
Il Mars Reconnaissance Orbiter della NASA ha misurato la temperatura, concentrazioni di polvere e ghiaccio d'acqua dalla superficie a circa 62 miglia, o 100 chilometri, Oltre a questo. Guardando all'interno dello stesso intervallo di altitudine, Il Trace Gas Orbiter dell'ESA (Agenzia spaziale europea) ha misurato la concentrazione di vapore acqueo e ghiaccio. E l'atmosfera di Marte e l'evoluzione volatile della NASA, o MAVEN, la navicella spaziale ha concluso le misurazioni riportando la quantità di idrogeno, che avrebbe interrotto H 2 O molecole, nella parte più alta di Marte, fino a 620 miglia, o 1, 000 chilometri, sopra la superficie.
Questo grafico riassume i dati raccolti da tre orbite durante una tempesta di polvere marziana regionale da gennaio a febbraio 2019. Dal basso verso l'alto:il pannello inferiore mostra la polvere che si accumula nell'atmosfera sopra una regione di Marte; il marrone più scuro indica una densità maggiore. Il pannello centrale mostra un corrispondente aumento della temperatura nell'atmosfera, si estende a circa 50 chilometri dalla superficie; più luminoso è il colore, maggiore è la temperatura. Il pannello superiore mostra che all'aumentare della densità della polvere, riscaldando l'atmosfera, Ghiaccio, indicato dal bianco, scompare dalla regione perché il vapore acqueo non può più congelare. Il pannello successivo mostra tre osservazioni della regione del vulcano Tharsis prima (a sinistra), durante (al centro), e dopo (a destra) la tempesta di polvere. Puoi vedere nuvole di ghiaccio bianco che ricoprono i vulcani di Tharsis prima e dopo la tempesta di polvere, ma non durante esso. Il penultimo riquadro dall'alto mostra l'aumento della densità dell'acqua alle altitudini più elevate durante la tempesta di polvere, e al di sopra di questo, nel pannello superiore, si vede un corrispondente schiarimento (azzurro) dell'idrogeno ad altitudini fino a 620 miglia, o 1, 000 chilometri, sopra la superficie. Credito:Michael S. Chaffin
Era la prima volta che così tante missioni si concentravano su un singolo evento, Chaffin ha dichiarato:"Abbiamo davvero catturato l'intero sistema in azione".
I dati raccolti da quattro strumenti sui tre veicoli spaziali dipingono un quadro chiaro del ruolo di una tempesta di polvere regionale nella fuga di acqua marziana, relazione degli scienziati. "Gli strumenti dovrebbero raccontare tutti la stessa storia, e lo fanno, " disse Villanueva, un membro del team scientifico di Trace Gas Orbiter.
Gli spettrometri sull'orbita europea hanno rilevato il vapore acqueo nella bassa atmosfera prima dell'inizio della tempesta di polvere. Tipicamente, la temperatura dell'atmosfera marziana diventa più fredda con l'altezza per gran parte dell'anno marziano, il che significa che il vapore acqueo che sale nell'atmosfera congela ad altitudini relativamente basse. Ma mentre la tempesta di polvere decollava, riscaldando l'atmosfera più in alto, gli strumenti hanno visto il vapore acqueo raggiungere quote più elevate. Questi strumenti hanno trovato 10 volte più acqua nell'atmosfera centrale dopo l'inizio della tempesta di polvere, che coincide proprio con i dati del radiometro a infrarossi del Mars Reconnaissance Orbiter.
Il radiometro ha misurato l'aumento delle temperature nell'atmosfera mentre la polvere si sollevava in alto sopra Marte. Ha anche visto scomparire le nuvole di ghiaccio d'acqua, come previsto, poiché il ghiaccio non poteva più formarsi nell'atmosfera inferiore più calda. Le immagini dello spettrografo ultravioletto di MAVEN lo confermano; mostrano che prima della tempesta del 2019, si possono vedere nuvole di ghiaccio che si librano sopra i vulcani svettanti nella regione di Marte di Tharsis. "Ma sono scomparsi completamente quando la tempesta di polvere era in pieno svolgimento, "Chaffin ha detto, e riapparve dopo la fine della tempesta di polvere.
A quote più elevate, Si prevede che il vapore acqueo si decomponga in idrogeno e ossigeno a causa della radiazione ultravioletta del sole. Infatti, le osservazioni di MAVEN hanno mostrato questo, poiché ha catturato l'atmosfera superiore incandescente con l'idrogeno che è aumentato del 50% durante la tempesta. Questa misura corrispondeva perfettamente a un rigonfiamento dell'acqua 60 miglia più in basso, che gli scienziati dicono fosse la fonte dell'idrogeno.
