La presenza di acqua sull'antico Marte è un paradosso. Ci sono molte prove geografiche che i fiumi scorrevano periodicamente sulla superficie del pianeta. Tuttavia, nel periodo di tempo in cui si suppone che queste acque abbiano corso, da tre a quattro miliardi di anni fa, Marte avrebbe dovuto essere troppo freddo per sostenere l'acqua allo stato liquido.

Allora come ha fatto a rimanere così caldo?

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) suggeriscono che il primo Marte potrebbe essere stato riscaldato a intermittenza da un potente effetto serra. In un articolo pubblicato su Lettere di ricerca geofisica , ricercatori hanno scoperto che le interazioni tra metano, l'anidride carbonica e l'idrogeno nell'atmosfera marziana primitiva potrebbero aver creato periodi caldi in cui il pianeta poteva sostenere acqua liquida sulla superficie.

"Il primo Marte è unico nel senso che è l'unico ambiente planetario, fuori della Terra, dove possiamo dire con sicurezza che ci sono stati periodi almeno episodici in cui la vita avrebbe potuto fiorire, " disse Robin Wordsworth, assistente professore di scienze e ingegneria ambientale presso SEAS, e primo autore dell'articolo. "Se comprendiamo come funzionava presto Marte, potrebbe dirci qualcosa sul potenziale per trovare la vita su altri pianeti al di fuori del sistema solare".

Quattro miliardi di anni fa, il Sole era circa il 30 percento più debole di oggi e la radiazione solare significativamente inferiore, a.k.a. calore:raggiunse la superficie marziana. La scarsa radiazione che ha raggiunto il pianeta è stata intrappolata dall'atmosfera, risultando caldo, periodi umidi. Per decenni, i ricercatori hanno lottato per modellare esattamente come il pianeta fosse isolato.

L'ovvio colpevole è la CO2. L'anidride carbonica costituisce il 95% dell'atmosfera marziana di oggi ed è il gas serra più conosciuto e abbondante sulla Terra.

Ma la CO2 da sola non tiene conto delle prime temperature di Marte.

"Puoi fare calcoli climatici in cui aggiungi CO2 e accumula fino a centinaia di volte l'attuale pressione atmosferica su Marte e non arrivi mai a temperature che sono anche vicine al punto di fusione, " ha detto Wordsworth.

Ci deve essere stato qualcos'altro nell'atmosfera di Marte che ha contribuito all'effetto serra.

Le atmosfere dei pianeti rocciosi perdono gas più leggeri, come l'idrogeno, allo spazio nel tempo. (Infatti, l'ossidazione che conferisce a Marte la sua caratteristica tonalità è un risultato diretto della perdita di idrogeno.)

Wordsworth e i suoi collaboratori hanno guardato a questi gas perduti da tempo, noti come gas riducenti, per fornire una possibile spiegazione per il clima primitivo di Marte. In particolare, il team ha esaminato il metano, che oggi non abbonda nell'atmosfera marziana. Miliardi di anni fa, però, i processi geologici avrebbero potuto rilasciare molto più metano nell'atmosfera. Questo metano sarebbe stato lentamente convertito in idrogeno e altri gas, in un processo simile a quello che avviene oggi sulla luna di Saturno, Titano.

Per capire come potrebbe essersi comportata questa prima atmosfera marziana, il team aveva bisogno di comprendere le proprietà fondamentali di queste molecole.

"Quando guardi atmosfere esotiche, non puoi paragonarli all'atmosfera terrestre, " ha detto Wordsworth. "Devi partire dai primi principi. Quindi abbiamo visto cosa succede quando il metano, l'idrogeno e l'anidride carbonica si scontrano e come interagiscono con i fotoni. Abbiamo scoperto che questa combinazione si traduce in un assorbimento molto forte delle radiazioni".

Carl Sagan ha ipotizzato per la prima volta che il riscaldamento dell'idrogeno avrebbe potuto essere importante all'inizio di Marte nel 1977, ma questa è la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di calcolare con precisione il suo effetto serra. È anche la prima volta che il metano ha dimostrato di essere un gas serra efficace su Marte primordiale.

"Questa ricerca mostra che gli effetti sul riscaldamento sia del metano che dell'idrogeno sono stati sottovalutati di una quantità significativa, " ha detto Wordsworth. "Abbiamo scoperto che il metano e l'idrogeno, e la loro interazione con l'anidride carbonica, erano molto più bravi a riscaldare Marte in anticipo di quanto si credesse in precedenza."

I ricercatori sperano che le future missioni su Marte facciano luce sui processi geologici che hanno prodotto il metano miliardi di anni fa.

"Uno dei motivi per cui il primo Marte è così affascinante è che la vita ha bisogno di una chimica complessa per emergere, " ha detto Wordsworth. "Questi episodi di riduzione delle emissioni di gas seguiti dall'ossidazione planetaria potrebbero aver creato condizioni favorevoli per la vita su Marte".