Gli scienziati di Marte stanno lottando con un problema. Ampie prove dicono che l'antico Marte a volte era bagnato, con l'acqua che scorre e si accumula sulla superficie del pianeta. Ancora, il sole antico era circa un terzo meno caldo e i modellisti climatici lottano per produrre scenari che scaldino la superficie di Marte abbastanza da mantenere l'acqua non ghiacciata.

Una teoria principale è quella di avere un'atmosfera di anidride carbonica più spessa che forma una coltre di gas serra, contribuendo a riscaldare la superficie dell'antico Marte. Però, secondo una nuova analisi dei dati del rover Mars Curiosity della NASA, Marte aveva troppo poca anidride carbonica circa 3,5 miliardi di anni fa per fornire un riscaldamento ad effetto serra sufficiente a scongelare il ghiaccio d'acqua.

Lo stesso substrato roccioso marziano in cui Curiosity ha trovato i sedimenti di un antico lago dove i microbi avrebbero potuto prosperare è la fonte delle prove che si aggiungono al dilemma su come un tale lago potrebbe essere esistito. Curiosity non ha rilevato minerali di carbonato nei campioni del substrato roccioso che ha analizzato. La nuova analisi conclude che la scarsità di carbonati in quel substrato roccioso significa che l'atmosfera di Marte quando esisteva il lago, circa 3,5 miliardi di anni fa, non poteva contenere molta anidride carbonica.

"Siamo rimasti particolarmente colpiti dall'assenza di minerali di carbonato nella roccia sedimentaria che il rover ha esaminato, ", ha affermato Thomas Bristow dell'Ames Research Center della NASA, Campo Moffett, California. "Sarebbe davvero difficile ottenere acqua liquida anche se ci fosse cento volte più anidride carbonica nell'atmosfera di quanto ci dicono le prove minerali nella roccia". Bristow è il ricercatore principale per lo strumento di chimica e mineralogia (CheMin) su Curiosity e autore principale dello studio pubblicato questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Curiosity non ha rilevato in modo definitivo i carbonati in nessuna roccia del fondo del lago campionata da quando è atterrato nel cratere Gale nel 2011. CheMin può identificare il carbonato se costituisce solo una piccola percentuale della roccia. La nuova analisi di Bristow e 13 coautori calcola la quantità massima di anidride carbonica che avrebbe potuto essere presente, coerente con quella carenza di carbonato.

In acqua, l'anidride carbonica si combina con ioni caricati positivamente come il magnesio e il ferro ferroso per formare minerali di carbonato. Altri minerali nelle stesse rocce indicano che quegli ioni erano prontamente disponibili. Gli altri minerali, come magnetite e minerali argillosi, forniscono anche prove che le condizioni successive non sono mai diventate così acide da dissolvere i carbonati, come possono nelle acque sotterranee acide.

Il dilemma si è costruito da anni:le prove sui fattori che influenzano le temperature superficiali, principalmente l'energia ricevuta dal giovane sole e la copertura fornita dall'atmosfera del pianeta, si sommano a una discrepanza con prove diffuse per le reti fluviali e i laghi sull'antico Marte. Indizi come i rapporti isotopici nell'atmosfera marziana di oggi indicano che il pianeta una volta conteneva un'atmosfera molto più densa di quella attuale. Eppure i modelli teorici dell'antico clima marziano lottano per produrre condizioni che consentirebbero l'acqua liquida sulla superficie marziana per molti milioni di anni. Un modello di successo propone un'atmosfera densa di anidride carbonica che contiene anche idrogeno molecolare. Come una tale atmosfera sarebbe generata e sostenuta, però, è controverso.

Il nuovo studio fissa il puzzle in un luogo e in un momento particolari, con un controllo sul campo per i carbonati esattamente negli stessi sedimenti che detengono il record di un lago circa un miliardo di anni dopo la formazione del pianeta.

Negli ultimi due decenni, i ricercatori hanno utilizzato gli spettrometri sugli orbiter di Marte per cercare il carbonato che potrebbe essere il risultato di un'era precoce di anidride carbonica più abbondante. Hanno trovato molto meno del previsto.

"È stato un mistero il motivo per cui non è stato visto molto carbonato dall'orbita, " disse Bristow. "Potresti uscire dal dilemma dicendo che i carbonati potrebbero essere ancora lì, ma non possiamo vederli dall'orbita perché sono coperti di polvere, o sepolto, o non stiamo cercando nel posto giusto. I risultati di Curiosity mettono a fuoco il paradosso. Questa è la prima volta che controlliamo la presenza di carbonati sul terreno in una roccia che sappiamo formata da sedimenti depositati sott'acqua".

La nuova analisi conclude che non più di poche decine di millibar di anidride carbonica potevano essere presenti quando esisteva il lago, oppure avrebbe prodotto abbastanza carbonato da consentire al CheMin di Curiosity di rilevarlo. Un millibar è un millesimo della pressione atmosferica a livello del mare sulla Terra. L'attuale atmosfera di Marte è inferiore a 10 millibar e circa il 95% di anidride carbonica.

"Questa analisi si adatta a molti studi teorici che la superficie di Marte, anche tanto tempo fa, non era abbastanza caldo perché l'acqua fosse liquida, " ha detto Robert Haberle, uno scienziato del clima di Marte presso la NASA Ames e coautore dell'articolo. "È davvero un enigma per me."

I ricercatori stanno valutando più idee su come conciliare il dilemma.

"Alcuni pensano che forse il lago non fosse un corpo aperto di acqua liquida. Forse era liquido ricoperto di ghiaccio, "Haberle ha detto. "Potresti ancora far passare dei sedimenti da accumulare nel fondo del lago se il ghiaccio non fosse troppo spesso."

Uno svantaggio di questa spiegazione è che la squadra del rover ha cercato e non trovato nel cratere Gale prove che ci si aspetterebbe da laghi coperti di ghiaccio, come crepe larghe e profonde chiamate cunei di ghiaccio, o "dropstones, " che si incastrano nei sedimenti molli del fondo lacustre quando penetrano nel ghiaccio che si assottiglia.

Se i laghi non fossero ghiacciati, il puzzle è reso più impegnativo dalla nuova analisi di ciò che la mancanza di un rilevamento di carbonati da parte di Curiosity implica sull'antica atmosfera marziana.

"La curiosità attraversa i letti dei torrenti, delta, e centinaia di piedi verticali di fango depositati in antichi laghi richiedono un vigoroso sistema idrologico che fornisca l'acqua e i sedimenti per creare le rocce che stiamo trovando, ", ha affermato lo scienziato del progetto Curiosity Ashwin Vasavada del Jet Propulsion Laboratory della NASA, Pasadena, California. "Diossido di carbonio, mescolato con altri gas come l'idrogeno, è stato il principale candidato per l'influenza di riscaldamento necessaria per un tale sistema. Questo risultato sorprendente sembrerebbe toglierlo dalla corsa".

Quando due linee di prove scientifiche appaiono inconciliabili, la scena può essere preparata per un anticipo nella comprensione del motivo per cui non lo sono. La missione Curiosity continua a indagare sulle antiche condizioni ambientali su Marte.