È già difficile credere che ci sia ghiaccio su Mercurio, dove le temperature diurne raggiungono i 400 gradi Celsius, o 750 gradi Fahrenheit. Ora uno studio imminente dice che il calore vulcaniano sul pianeta più vicino al sole probabilmente aiuta a formare parte di quel ghiaccio.

Come con la Terra, gli asteroidi hanno consegnato la maggior parte dell'acqua di Mercurio, regge il consenso scientifico. Ma il caldo estremo diurno potrebbe combinarsi con il freddo di meno 200 gradi Celsius negli angoli dei crateri polari che non vedono mai la luce del sole per agire come un gigantesco laboratorio di chimica per la produzione di ghiaccio, affermano i ricercatori del Georgia Institute of Technology.

La chimica non è troppo complicata. Ma il nuovo studio lo modella su condizioni complesse su Mercurio, compresi i venti solari che investono il pianeta di particelle cariche, molti dei quali sono protoni fondamentali per quella chimica. Il modello presenta un percorso praticabile per far sorgere e raccogliere l'acqua come ghiaccio su un pianeta pieno di tutti i componenti necessari.

"Questo non è strano, idea fuori campo. Il meccanismo chimico di base è stato osservato dozzine di volte negli studi dalla fine degli anni '60, " ha detto Brant Jones, un ricercatore presso la School of Chemistry and Biochemistry della Georgia Tech e il primo autore dell'articolo. "Ma era su superfici ben definite. Applicare quella chimica a superfici complicate come quelle di un pianeta è una ricerca rivoluzionaria".

Piccante, chimica semplice

I minerali nel suolo superficiale di Mercurio contengono i cosiddetti gruppi ossidrile (OH), che sono generati principalmente dai protoni. Nel modello, il calore estremo aiuta a liberare i gruppi idrossilici, quindi li stimola a schiantarsi l'uno contro l'altro per produrre molecole d'acqua e idrogeno che si sollevano dalla superficie e si spostano intorno al pianeta.

Alcune molecole d'acqua vengono scomposte dalla luce solare o si elevano molto al di sopra della superficie del pianeta, ma altre molecole atterrano vicino ai poli di Mercurio in ombre permanenti di crateri che proteggono il ghiaccio dal sole. Il mercurio non ha un'atmosfera e quindi non c'è aria che conduca il calore, così le molecole diventano una parte del ghiaccio glaciale permanente ospitato nell'ombra.

"È un po' come la canzone Hotel California. Le molecole d'acqua possono entrare nell'ombra ma non possono mai andarsene, " disse Tommaso Orlando, un professore della Scuola di Chimica e Biochimica della Georgia Tech e ricercatore principale dello studio. Orlando ha co-fondato il Georgia Tech Center for Space Technology and Research.

"L'importo totale che postuliamo che diventerebbe ghiaccio è 10 ¹³ chilogrammi (10, 000, 000, 000, 000 kg o 11, 023, 110, 000 tonnellate) per un periodo di circa 3 milioni di anni, "Ha detto Jones. "Il processo potrebbe facilmente rappresentare fino al 10 percento del ghiaccio totale di Mercurio".

I ricercatori pubblicheranno i loro risultati in Lettere per riviste astrofisiche di lunedi, 16 marzo 2020. La ricerca è stata finanziata dal programma NASA Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI) e dal programma NASA Planetary Atmospheres.

La navicella spaziale conferma il ghiaccio

Nel 2011, una sonda della NASA ha iniziato a orbitare attorno a Mercurio e ha confermato i segnali tipici del ghiaccio glaciale vicino ai poli. Il MESSAGGERO (Mercury Surface, Ambiente spaziale, geochimica, e Ranging) hanno inviato immagini e dati che confermavano le precedenti tracce di ghiaccio rilevate anni prima dal radar terrestre.

Il ghiaccio era sporco e si nascondeva in ombre permanenti nei crateri polari su Mercurio, che è butterato da cicatrici di meteoriti e asteroidi molto simili alla luna terrestre. Infatti, somiglianze tra le due sfere, comprese le loro dimensioni, hanno portato a molti confronti, inclusa la probabilità di ghiaccio d'acqua su entrambi.

Gli umani hanno trovato deboli segni di possibile ghiaccio sulla luna, ma hanno trovato ghiaccio con quasi assoluta certezza e in abbondanza comparativa su Mercurio. Questo ha scatenato qualche grattacapo:se gli asteroidi, comete, e meteoriti colpirono Mercurio e la luna con l'acqua, cosa spiega la differenza di ghiaccio presente? Mercurio ha ricevuto dell'acqua in un modo che non avrebbe funzionato sulla luna?

"Il processo nel nostro modello non sarebbe neanche lontanamente produttivo sulla luna. Per prima cosa, non c'è abbastanza calore per attivare significativamente la chimica, " ha detto Jones.

In un progetto separato, Il laboratorio di Orlando sta progettando un sistema basato sulla stessa chimica per creare acqua sulla luna per le future stazioni degli astronauti da posizionare lì.

"Grandi tornado magnetici"

I protoni dei venti solari sono più abbondanti su Mercurio che sulla Terra, dove un potente campo magnetico sferza le particelle del vento solare, compresi i protoni, tornare nello spazio. Il campo di Mercurio è solo circa l'1 percento più forte, e fa vorticare i protoni sulla superficie.

"Sono come grandi tornado magnetici, e causano enormi migrazioni di protoni attraverso la maggior parte della superficie di Mercurio nel tempo, " disse Orlando.

I protoni si impiantano nel suolo di tutto il pianeta a circa 10 nanometri di profondità, formando nei minerali i gruppi ossidrile (OH), che si diffondono in superficie, dove il caldo fa il resto.

"Ammetto che molta dell'acqua su Mercurio è stata trasportata dall'impatto di asteroidi, "Ha detto Jones. "Ma c'è anche la questione di dove gli asteroidi carichi d'acqua abbiano preso quell'acqua. Processi come questi avrebbero potuto contribuire a farcela".

"Una cometa o un asteroide in realtà non ha bisogno di trasportare acqua perché anche la collisione con un pianeta o una luna può produrre acqua, " disse Orlando. "Mercurio e la luna sono sempre colpiti da piccoli meteoroidi, quindi questo accade continuamente."