Un tracciante chiave utilizzato per stimare la quantità di atmosfera persa da Marte può cambiare a seconda dell'ora del giorno e della temperatura superficiale del Pianeta Rosso, secondo nuove osservazioni di scienziati finanziati dalla NASA. Le misurazioni precedenti di questo tracciante, gli isotopi dell'ossigeno, sono state significativamente in disaccordo. Una misurazione accurata di questo tracciante è importante per stimare quanta atmosfera aveva un tempo Marte prima di perdersi, che rivela se Marte avrebbe potuto essere abitabile e quali sarebbero state le condizioni.

Marte è un raffreddore, deserto inospitale oggi, ma caratteristiche come letti di fiumi asciutti e minerali che si formano solo con l'acqua liquida indicano che molto tempo fa aveva un'atmosfera densa che tratteneva abbastanza calore perché l'acqua liquida, un ingrediente necessario per la vita, scorresse in superficie. Sembra che Marte abbia perso gran parte della sua atmosfera in miliardi di anni, trasformando il suo clima da uno che avrebbe potuto sostenere la vita nell'ambiente disseccato e ghiacciato di oggi, secondo i risultati delle missioni NASA come MAVEN e Curiosity e risalenti alle missioni Viking del 1976.

Però, rimangono molti misteri sull'antica atmosfera del Pianeta Rosso. "Sappiamo che Marte aveva più atmosfera. Sappiamo che aveva acqua corrente. Non abbiamo una buona stima per le condizioni a parte questo:quanto era simile alla Terra l'ambiente di Marte? Per quanto tempo?" disse Timothy Livengood dell'Università del Maryland, College Park e Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Livengood è l'autore principale di un articolo su questa ricerca pubblicato online su Icarus il 1 agosto.

Un modo per stimare quanto fosse spessa l'atmosfera originale di Marte è guardare gli isotopi dell'ossigeno. Gli isotopi sono versioni di un elemento con massa diversa a causa del numero di neutroni nel nucleo atomico. Gli isotopi più leggeri sfuggono nello spazio più velocemente degli isotopi più pesanti, quindi l'atmosfera che rimane sul pianeta si arricchisce gradualmente nell'isotopo più pesante. In questo caso, Marte è arricchito rispetto alla Terra nell'isotopo più pesante dell'ossigeno, 18O, rispetto al più leggero e molto più comune 16O. La quantità relativa misurata di ciascun isotopo può essere utilizzata per stimare quanta più atmosfera c'era sull'antico Marte, in combinazione con una stima di quanto più velocemente sfugge il 16O più leggero, e supponendo che la quantità relativa di ciascun isotopo sulla Terra e su Marte fosse una volta simile.

Il problema è che le misurazioni della quantità di 18O rispetto a 16O su Marte, il rapporto 18O/16O, non sono stati coerenti. Missioni diverse misuravano rapporti diversi, che si traduce in diverse comprensioni dell'antica atmosfera marziana. Il nuovo risultato fornisce un possibile modo per risolvere questa discrepanza, mostrando che il rapporto può cambiare durante il giorno marziano. "Le misurazioni precedenti su Marte o dalla Terra hanno ottenuto una varietà di valori diversi per il rapporto isotopico, " ha affermato Livengood. "Le nostre sono le prime misurazioni a utilizzare un unico metodo in modo da mostrare il rapporto che effettivamente varia in un solo giorno, piuttosto che confronti tra dispositivi indipendenti. Nelle nostre misurazioni, il rapporto isotopico varia dall'essere circa il 9% impoverito negli isotopi pesanti a mezzogiorno su Marte all'essere circa l'8% arricchito negli isotopi pesanti entro le 13:30 circa rispetto ai rapporti isotopici normali per l'ossigeno terrestre".

Questa gamma di rapporti isotopici è coerente con le altre misurazioni riportate. "Le nostre misurazioni suggeriscono che il lavoro precedente potrebbe essere stato fatto tutto correttamente ma non era d'accordo perché questo aspetto dell'atmosfera è più complesso di quanto avessimo realizzato, " disse Livengood. "A seconda di dove su Marte è stata effettuata la misurazione, e a che ora del giorno su Marte, è possibile ottenere valori diversi."

Il team pensa che il cambiamento dei rapporti durante il giorno sia un evento di routine a causa della temperatura del suolo, in cui le molecole isotopiche più pesanti si attaccherebbero di notte ai grani superficiali freddi più degli isotopi più leggeri, quindi vengono liberati (desorbono termicamente) man mano che la superficie si riscalda durante il giorno.

Poiché l'atmosfera marziana è principalmente anidride carbonica (CO ₂ ), ciò che il team ha effettivamente osservato erano isotopi di ossigeno attaccati agli atomi di carbonio nella CO ₂ molecola. Hanno fatto le loro osservazioni dell'atmosfera marziana con la NASA Infrared Telescope Facility su Mauna Kea, Hawaii, utilizzando lo strumento eterodina per i venti planetari e la composizione sviluppato presso la NASA Goddard. "Mentre cercavamo di capire l'ampia diffusione nei rapporti isotopici stimati che abbiamo recuperato dalle osservazioni, abbiamo notato che erano correlati con la temperatura superficiale che abbiamo anche ottenuto, " ha detto Livengood. "Questa è stata l'intuizione che ci ha portato su questa strada."

Il nuovo lavoro aiuterà i ricercatori a perfezionare le loro stime dell'antica atmosfera marziana. Poiché ora si può capire che le misurazioni sono coerenti con i risultati di tali processi nelle atmosfere di altri pianeti, significa che sono sulla strada giusta per capire come è cambiato il clima marziano. "Dimostra che la perdita atmosferica è stata causata da processi che più o meno comprendiamo, " ha detto Livengood. "Dettagli critici devono ancora essere elaborati, ma significa che non abbiamo bisogno di invocare processi esotici che avrebbero potuto portare alla rimozione di CO ₂ senza modificare i rapporti isotopici, o cambiando solo alcuni rapporti in altri elementi."