Miliardi di anni fa, Marte avrebbe potuto apparire così con un oceano che copre parte della sua superficie. Credito:NASA/GSFC
Circa ogni due anni terrestri, quando è estate nell'emisfero sud di Marte, si apre una finestra:solo in questa stagione il vapore acqueo può salire in modo efficiente dall'atmosfera marziana inferiore a quella superiore. Là, i venti portano il gas raro al polo nord. Mentre parte del vapore acqueo decade e si disperde nello spazio, il resto ricade vicino ai poli. I ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e dell'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania descrivono questo insolito ciclo dell'acqua marziana in un numero attuale del Lettere di ricerca geofisica . Le loro simulazioni al computer mostrano come il vapore acqueo superi la barriera di aria fredda nell'atmosfera centrale di Marte e raggiunga gli strati atmosferici più alti. Questo potrebbe spiegare perché Marte, a differenza della Terra, ha perso gran parte della sua acqua.
Miliardi di anni fa, Marte era un pianeta ricco di acqua con fiumi, e persino un oceano. Da allora, il nostro pianeta vicino è cambiato radicalmente. Oggi, nel terreno esistono solo piccole quantità di acqua ghiacciata; nell'atmosfera, il vapore acqueo si trova solo in tracce. Tutto sommato, il pianeta potrebbe aver perso almeno l'80% della sua acqua originale. Nell'atmosfera superiore di Marte, la radiazione ultravioletta del sole divide le molecole d'acqua in idrogeno (H) e radicali idrossilici (OH). L'idrogeno fuggì da lì irrimediabilmente nello spazio. Le misurazioni delle sonde spaziali e dei telescopi spaziali mostrano che ancora oggi, l'acqua è ancora persa in questo modo. Ma come è possibile? Lo strato intermedio dell'atmosfera di Marte, come la tropopausa terrestre, dovrebbe effettivamente fermare il gas in aumento. Dopotutto, questa regione è solitamente così fredda che il vapore acqueo si trasformerebbe in ghiaccio. Come fa il vapore acqueo marziano a raggiungere gli strati d'aria superiori?
Nelle loro attuali simulazioni, i ricercatori russi e tedeschi trovano un meccanismo precedentemente sconosciuto che ricorda una sorta di pompa. Il loro modello descrive in modo completo i flussi nell'intero involucro di gas che circonda Marte dalla superficie fino a un'altitudine di 160 chilometri. I calcoli mostrano che l'atmosfera media normalmente ghiacciata diventa permeabile al vapore acqueo due volte al giorno, ma solo in un determinato luogo, e in un determinato periodo dell'anno.
Distribuzione verticale del vapore acqueo su Marte nel corso di un anno marziano, qui mostrato alle 3 del mattino ora locale. Solo quando è estate nell'emisfero australe il vapore acqueo può raggiungere strati atmosferici più alti. Credito:GPL, Shaposhnikov et al.:Pompa "acqua" stagionale nell'atmosfera di Marte:trasporto verticale alla termosfera
L'orbita di Marte gioca un ruolo decisivo in questo. Il suo percorso intorno al sole, che dura circa due anni terrestri, è molto più ellittica di quella del nostro pianeta. Nel punto più vicino al sole (che coincide grosso modo con l'estate dell'emisfero australe), Marte è circa 42 milioni di chilometri più vicino al sole che nel suo punto più lontano. L'estate nell'emisfero australe è quindi notevolmente più calda dell'estate nell'emisfero settentrionale.
"Quando è estate nell'emisfero australe, in determinate ore del giorno, il vapore acqueo può salire localmente con masse d'aria più calde e raggiungere l'alta atmosfera, " dice Paul Hartogh di MPS, riassumendo i risultati del nuovo studio. Negli strati atmosferici superiori, i flussi d'aria trasportano il gas lungo le longitudini fino al polo nord, dove si raffredda e sprofonda di nuovo. Però, parte del vapore acqueo sfugge a questo ciclo:sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole d'acqua si disintegrano e l'idrogeno fugge nello spazio.
Un'altra particolarità marziana può fortificare questo insolito ciclo idrologico:enormi tempeste di polvere che attraversano l'intero pianeta e colpiscono ripetutamente Marte a intervalli di diversi anni. Le ultime tempeste di questo tipo si sono verificate nel 2018 e nel 2007 e sono state ampiamente documentate da sonde spaziali in orbita attorno a Marte. "Le quantità di polvere che vorticano nell'atmosfera durante una tale tempesta facilitano il trasporto del vapore acqueo negli strati d'aria alti, " afferma Alexander Medvedev di MPS.
Di volta in volta, Le tempeste di polvere marziana coprono l'intero pianeta, come qui nel giugno 2018. L'immagine è stata presa dal rover Curiosity della NASA. Tempeste di questo tipo possono facilitare il trasporto di acqua nell'alta atmosfera di Marte. Credito:NASA
I ricercatori hanno calcolato che durante la tempesta di polvere del 2007, il doppio del vapore acqueo ha raggiunto l'atmosfera superiore rispetto a un'estate senza tempeste nell'emisfero australe. Poiché le particelle di polvere assorbono la luce solare e quindi si riscaldano, le temperature nell'intera atmosfera salgono fino a 30 gradi. "Il nostro modello mostra con una precisione senza precedenti come la polvere nell'atmosfera influenzi i processi microfisici coinvolti nella trasformazione del ghiaccio in vapore acqueo, " spiega Dmitry Shaposhnikov dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, primo autore del nuovo studio.
"Apparentemente, l'atmosfera marziana è più permeabile al vapore acqueo di quella terrestre, " Hartogh conclude. "Il nuovo ciclo stagionale dell'acqua che è stato scoperto contribuisce in modo massiccio alla continua perdita di acqua di Marte".
