Un recente studio del Mars Express dell'ESA e del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA fornisce nuove prove per un giovane Marte caldo che ha ospitato acqua in una scala temporale geologicamente lunga, piuttosto che in brevi episodi episodici – qualcosa che ha importanti conseguenze per l'abitabilità e la possibilità di vita passata sul pianeta.

Sebbene si sappia che un tempo l'acqua scorreva su Marte, la natura e la cronologia di come e quando ciò è avvenuto è una delle principali questioni aperte all'interno della scienza planetaria.

I risultati seguono un'analisi di una regione di terreno relativamente liscio, chiamate pianure intercrateri, appena a nord del bacino dell'Hellas. Con un diametro di 2300 km, il bacino dell'Hellas è uno dei più grandi crateri da impatto identificati sia su Marte che all'interno del Sistema Solare, e si pensa che si sia formato circa 4 miliardi di anni fa.

"Queste pianure sul bordo settentrionale dell'Hellas sono generalmente interpretate come vulcaniche, come vediamo con superfici simili sulla Luna, " ha affermato Francesco Salese dell'IRSPS, Università "Gabriele D'Annunzio", Italia, e autore principale del nuovo documento. "Però, il nostro lavoro indica diversamente. Anziché, abbiamo trovato spesso, ampie fasce di roccia sedimentaria".

Le rocce sedimentarie e vulcaniche (ignee) si formano in modi diversi:vulcanici, Come suggerisce il nome, ha bisogno di vulcanismo attivo guidato dall'attività interna di un pianeta, mentre la roccia sedimentaria di solito richiede acqua. La roccia ignea si crea quando i depositi vulcanici di roccia fusa si raffreddano e si solidificano, mentre i sedimenti si accumulano quando nuovi depositi di sedimenti formano strati che si compattano e si induriscono su tempi geologicamente lunghi.

"Per creare il tipo di pianure sedimentarie che abbiamo trovato in Hellas, riteniamo che un ambiente generalmente acquoso fosse presente nella regione circa 3,8 miliardi di anni fa, " ha detto Salese. " È importante che deve essere durato per un lungo periodo di tempo, dell'ordine di centinaia di milioni di anni."

Un'adolescenza instabile?

Ci sono un paio di modelli chiave per l'inizio di Marte:entrambi implicano la presenza di acqua liquida, ma in modi molto diversi.

Alcuni studi suggeriscono che i primi giorni di Marte (il periodo Noachiano, oltre 3,7 miliardi di anni fa) aveva un clima costantemente caldo, che ha permesso l'esistenza di vaste pozze e corsi d'acqua sulla superficie del pianeta. Questo mondo acquoso ha poi perso sia il campo magnetico che l'atmosfera e si è raffreddato, trasformandosi nel secco, mondo arido che vediamo oggi.

In alternativa, piuttosto che ospitare un clima caldo e una superficie carica d'acqua per eoni, Marte potrebbe invece aver vissuto solo brevi, esplosioni periodiche di calore e umidità che sono durate per meno di 10.000 anni ciascuna, facilitato da un ciclo sputtering di vulcanismo che a intermittenza si è alzato e si è placato nel corso degli anni.

Entrambi gli scenari potrebbero formare alcune delle sostanze chimiche e delle morfologie rocciose dipendenti dall'acqua che vediamo sulla superficie di Marte, e hanno conseguenze significative per Marte sia in senso geologico:come il pianeta si è formato ed evoluto, se il suo passato ha qualcosa in comune con quello della Terra, e la composizione e la struttura della sua superficie – e in termini di potenziale abitabilità.

"Capire se Marte ha avuto un clima più caldo e umido per un lungo periodo di tempo è una domanda chiave nella nostra ricerca della vita passata sul Pianeta Rosso, " ha affermato il coautore Nicolas Mangold di CNRS-INSU, Università di Nantes, Francia.

"Se riusciamo a capire come si è evoluto il clima marziano, capiremo meglio se la vita avrebbe mai potuto fiorire, e dove cercarlo se lo ha fatto. Possiamo anche imparare molto sui pianeti rocciosi in generale, che è particolarmente eccitante in questa era della scienza degli esopianeti, e sul nostro pianeta - gli stessi processi che pensiamo siano stati importanti su un giovane Marte, come i processi sedimentari, vulcanismo, e impatti, sono stati cruciali anche sulla Terra".

Dalla formazione all'erosione

Salese e colleghi hanno utilizzato i dati di imaging e spettrofotometria di Mars Express e MRO per creare una mappa geologica dettagliata dell'area intorno all'Hellas settentrionale, sfruttando le cosiddette "finestre erosive" - ​​formazioni geologiche che fungono da "fori di perforazione" naturali nelle pianure, rivelando materiale più profondo (esempi includono crateri da impatto, afferrare, e affioramenti).

Questi dati hanno mostrato che le pianure sono composte da una fascia di pianura, spessa più di 500 metri, a strati, roccia chiara. La roccia presentava diverse caratteristiche tipiche della deposizione sedimentaria:scatolari, che è un tipo di struttura minerale scatolare formata dall'erosione; biancheria da letto incrociata, identificato come strati di roccia che si intersecano a diverse inclinazioni e pendenze; e stratificazione planare, che si manifesta come distinto, strati di roccia quasi orizzontali che si allineano uno sopra l'altro. Questi erano in aggiunta a grandi quantità di argille note come smectiti.

Le argille sono sostanze chimiche eccitanti, in quanto indicano che un tempo in quel luogo esisteva un ambiente umido e quindi potenzialmente abitabile. Le argille possono anche intrappolare materiale organico e potenzialmente preservare segni di vita.

"Queste caratteristiche suggeriscono che la roccia non si sia formata da depositi di colate laviche ma piuttosto da processi sedimentari, il che implica che una volta la regione ha sperimentato condizioni calde e umide per un tempo relativamente lungo, ", ha detto Salese. "Quando la roccia stratificata fu depositata - durante il periodo noachiano, circa 3,8 miliardi di anni fa - i suoi dintorni dovevano essere immersi nell'acqua, con intensa circolazione di liquidi. Pensiamo che probabilmente si sia formato in un ambiente lacustre (lacustre) o ruscello (alluvionale), o una combinazione di entrambi."

La roccia ha poi subito un intenso periodo di erosione vulcanica durante il periodo esperiano (da 3,7 a 3,3 miliardi di anni fa) ed è stata ricoperta da colate vulcaniche, creando la morfologia che vediamo oggi. Gli scienziati stimano un tasso di erosione minimo per questo periodo di tempo di un metro per milione di anni, cento volte superiore ai tassi di erosione stimati su Marte negli ultimi 3 miliardi di anni.

"Questa è un'ulteriore prova di un periodo prolungato di processi geologici attivi sulla superficie del primo Marte, " ha aggiunto Mangold. "Possiamo anche estrapolare la nostra scoperta al resto di Marte ed essere sicuri di comprendere l'evoluzione del pianeta nel suo insieme - crediamo che le condizioni climatiche globali di Noachian Mars siano state sufficienti per supportare una significativa quantità di acqua liquida".

Collaborazione cosmica

Questo studio ha utilizzato i dati di Mars Express e MRO, che ha permesso agli scienziati di esplorare l'aspetto della regione, topografia, morfologia, mineralogia, ed età. Più specificamente, I dati di imaging di Mars Express hanno permesso a Salese e colleghi di studiare la geologia delle pianure su scala regionale, fornendo un contesto per le osservazioni su scala locale da MRO.

La presenza di morfologie rocciose o minerali che implicano una storia umida indicano una possibile abitabilità in quel luogo in passato, qualcosa che è importante nella selezione dei siti di atterraggio e delle aree di interesse per future missioni robotiche e potenziali missioni umane su Marte.

"Questo lavoro dimostra ancora una volta l'importanza di una cooperazione di successo tra diverse missioni, e la collaborazione tra ESA e NASA, " ha detto Dmitri Titov, Scienziato del progetto ESA per Mars Express. "Nessuna missione sarebbe in grado di svelare la storia di Marte da sola. Utilizzando più veicoli spaziali e diverse tecniche di osservazione, è possibile caratterizzare tutti i tipi di diversi processi geologici su Marte in tutta la loro complessità, e ottenere una visione più completa dei primi giorni di Marte."

Questa scoperta fa parte di una serie di sforzi per comprendere la storia di Marte e del pianeta nel suo insieme, eseguita utilizzando Mars Express e altri veicoli spaziali - dallo studio del clima primitivo di Marte sondando l'evoluzione dei grandi laghi che un tempo esistevano sulla superficie del pianeta, all'osservazione del tempo odierno di Marte (comprese le nuvole misteriose e le aurore), e caratterizzando le sacche di magnetismo rinchiuse all'interno della sua crosta.