Marte una volta aveva gli oceani ma ora è arido, lasciando molti a chiedersi come si sia persa l'acqua. I ricercatori dell'Università dell'Arizona hanno scoperto una quantità sorprendentemente grande di acqua nell'alta atmosfera di Marte, dove viene rapidamente distrutto, spiegando parte di questo mistero marziano.

Shane pietra, uno studente laureato presso l'UArizona Lunar and Planetary Laboratory e autore principale di un nuovo articolo pubblicato oggi in Scienza , si descrive come un chimico planetario. Una volta un chimico di laboratorio che ha contribuito a sviluppare polimeri che potrebbero essere utilizzati per avvolgere e fornire farmaci terapeutici in modo più efficiente, ora studia la chimica delle atmosfere planetarie.

Dal 2014, ha lavorato alla missione MAVEN della NASA, abbreviazione di Mars Atmosphere e Volatile Evolution. La navicella spaziale MAVEN ha iniziato a orbitare intorno a Marte nel 2014 e da allora ha registrato la composizione dell'atmosfera superiore del vicino planetario della Terra.

"Sappiamo che miliardi di anni fa, c'era acqua liquida sulla superficie di Marte, "Stone ha detto. "Ci deve essere stata un'atmosfera più densa, quindi sappiamo che Marte in qualche modo ha perso la maggior parte della sua atmosfera nello spazio. MAVEN sta cercando di caratterizzare i processi responsabili di questa perdita, e una parte di questo è capire esattamente come Marte ha perso la sua acqua".

I coautori dello studio includono Roger Yelle, un professore di scienze planetarie dell'Arizona e consulente di ricerca di Stone, così come i ricercatori del Goddard Space Flight Center della NASA e del Center for Research and Exploration in Space Science and Technology nel Maryland.

Guardando per l'acqua

Mentre MAVEN orbita attorno a Marte, si immerge nell'atmosfera del pianeta ogni 4 ore e mezza. Lo strumento NGIMS di bordo, abbreviazione di spettrometro di massa a gas neutro e ioni, ha misurato l'abbondanza di molecole d'acqua cariche chiamate ioni nell'atmosfera marziana superiore, a circa 100 miglia dalla superficie del pianeta. Da queste informazioni, gli scienziati possono dedurre quanta acqua è presente nell'atmosfera.

Le osservazioni passate utilizzando MAVEN e il telescopio spaziale Hubble hanno mostrato che la perdita di acqua dall'alta atmosfera marziana varia con le stagioni. Rispetto alla Terra, Marte prende un percorso più ovale intorno al sole ed è il più vicino ad esso durante l'estate nell'emisfero meridionale di Marte.

Stone e il suo team hanno scoperto che quando Marte è più vicino al sole, il pianeta si scalda, e più acqua, che si trova sulla superficie sotto forma di ghiaccio, si sposta dalla superficie all'atmosfera superiore dove si perde nello spazio. Questo accade una volta ogni anno marziano o circa ogni due anni terrestri. Le tempeste di polvere regionali che si verificano su Marte ogni anno marziano e le tempeste di polvere globali che si verificano in tutto il pianeta circa una volta ogni 10 anni portano a un ulteriore riscaldamento dell'atmosfera e a un aumento del movimento ascendente dell'acqua.

I processi che rendono possibile questo movimento ciclico contraddicono l'immagine classica della fuga di acqua da Marte, mostrando che è incompleto, ha detto la pietra. Secondo il processo classico, il ghiaccio d'acqua viene convertito in un gas e viene distrutto dai raggi del sole nella bassa atmosfera. Questo processo, però, suonerebbe come un lento, rivolo costante, insensibile alle stagioni o alle tempeste di polvere, che non combacia con le attuali osservazioni.

"Questo è importante perché non ci aspettavamo di vedere acqua nell'alta atmosfera di Marte, " disse Stone. "Se confrontiamo Marte con la Terra, l'acqua sulla Terra è confinata vicino alla superficie a causa di qualcosa chiamato igropausa. È solo uno strato nell'atmosfera abbastanza freddo da condensare (e quindi fermare) il vapore acqueo che viaggia verso l'alto".

Il team sostiene che l'acqua si sta muovendo oltre quella che dovrebbe essere l'igropausa di Marte, che è probabilmente troppo caldo per fermare il vapore acqueo. Una volta nell'alta atmosfera, le molecole d'acqua vengono spezzate dagli ioni molto rapidamente, entro quattro ore, calcolano e i sottoprodotti vengono quindi persi nello spazio.

"La perdita della sua atmosfera e dell'acqua nello spazio è una delle ragioni principali per cui Marte è freddo e secco rispetto alla Terra calda e umida. Questi nuovi dati di MAVEN rivelano un processo attraverso il quale questa perdita si verifica ancora oggi, " disse Pietra.

Un mondo arido e polveroso

Quando il team ha estrapolato le loro scoperte indietro di 1 miliardo di anni, hanno scoperto che questo processo può spiegare la perdita di un oceano globale profondo circa 17 pollici.

"Se prendessimo dell'acqua e la spargessimo uniformemente su tutta la superficie di Marte, quell'oceano d'acqua perso nello spazio a causa del nuovo processo che descriviamo sarebbe profondo più di 17 pollici, "Stone ha detto. "Altri 6,7 pollici andrebbero persi a causa esclusivamente degli effetti delle tempeste di polvere globali".

Durante le tempeste di polvere globali, 20 volte più acqua può essere trasportata nell'atmosfera superiore. Per esempio, una tempesta di polvere globale della durata di 45 giorni rilascia nello spazio la stessa quantità di acqua che Marte perderebbe durante un calmo anno marziano, o 687 giorni terrestri.

E mentre Stone e il suo team non possono estrapolare più indietro di 1 miliardo di anni, pensa che questo processo probabilmente non funzionasse allo stesso modo prima, perché Marte potrebbe aver avuto un'igropausa più forte molto tempo fa.

"Prima che il processo che descriviamo iniziasse a funzionare, ci deve essere già stata una notevole quantità di fuga atmosferica nello spazio, "Stone ha detto. "Dobbiamo ancora definire l'impatto di questo processo e quando ha iniziato a funzionare".

Nel futuro, Stone vorrebbe studiare l'atmosfera della luna di Saturno, Titano.

"Titan ha un'atmosfera interessante in cui la chimica organica gioca un ruolo significativo, "Stone ha detto. "Come un ex chimico organico sintetico, Non vedo l'ora di indagare su questi processi".