Il sale marino incorporato nella superficie polverosa di Marte e trasportato nell'atmosfera del pianeta ha portato alla scoperta dell'acido cloridrico:la prima volta che l'ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter ha rilevato un nuovo gas. La sonda fornisce anche nuove informazioni su come Marte sta perdendo la sua acqua.

Una delle principali ricerche nell'esplorazione di Marte è la caccia ai gas atmosferici legati all'attività biologica o geologica, oltre a comprendere l'inventario idrico passato e presente del pianeta, per determinare se Marte avrebbe mai potuto essere abitabile e se eventuali serbatoi d'acqua potessero essere accessibili per future esplorazioni umane. Due nuovi risultati del team ExoMars pubblicati oggi in Progressi scientifici svelare una classe di chimica completamente nuova e fornire ulteriori approfondimenti sui cambiamenti stagionali e sulle interazioni superficie-atmosfera come forze trainanti dietro le nuove osservazioni.

Una nuova chimica

"Abbiamo scoperto per la prima volta l'acido cloridrico su Marte. Questo è il primo rilevamento di un gas alogeno nell'atmosfera di Marte, e rappresenta un nuovo ciclo chimico da capire, " dice Kevin Olsen dell'Università di Oxford, UK, uno dei principali scienziati della scoperta.

Gas di acido cloridrico, o HCl, comprende un atomo di idrogeno e cloro. Gli scienziati di Marte sono sempre stati alla ricerca di gas a base di cloro o zolfo perché sono possibili indicatori di attività vulcanica. Ma la natura delle osservazioni del cloruro di idrogeno, il fatto che sia stato rilevato in luoghi molto distanti allo stesso tempo, e la mancanza di altri gas che ci si aspetterebbe dall'attività vulcanica, indica una fonte diversa. Questo è, la scoperta suggerisce un'interazione superficie-atmosfera completamente nuova guidata dalle stagioni della polvere su Marte che non era stata precedentemente esplorata.

In un processo molto simile a quello visto sulla Terra, i sali sotto forma di cloruro di sodio, resti di oceani evaporati e incorporati nella superficie polverosa di Marte, vengono sollevati nell'atmosfera dai venti. La luce del sole riscalda l'atmosfera provocando polvere, insieme al vapore acqueo rilasciato dalle calotte glaciali, salire. La polvere salata reagisce con l'acqua atmosferica liberando cloro, che a sua volta reagisce con molecole contenenti idrogeno per creare acido cloridrico. Ulteriori reazioni potrebbero vedere la polvere ricca di cloro o acido cloridrico tornare in superficie, forse come perclorati, una classe di sale composta da ossigeno e cloro.

"Hai bisogno di vapore acqueo per liberare il cloro e hai bisogno dei sottoprodotti dell'acqua, l'idrogeno, per formare acido cloridrico. L'acqua è fondamentale in questa chimica, " dice Kevin. "Osserviamo anche una correlazione con la polvere:vediamo più acido cloridrico quando l'attività della polvere aumenta, un processo legato al riscaldamento stagionale dell'emisfero australe."

Il team ha individuato per la prima volta il gas durante la tempesta di polvere globale nel 2018, osservandolo apparire contemporaneamente negli emisferi nord e sud, e ha assistito alla sua sorprendente scomparsa di nuovo alla fine del periodo polveroso stagionale. Stanno già esaminando i dati raccolti durante la successiva stagione delle polveri e vedono l'HCl aumentare di nuovo.

"È incredibilmente gratificante vedere i nostri strumenti sensibili rilevare un gas mai visto prima nell'atmosfera di Marte, "dice Oleg Korablev, ricercatore principale dello strumento Atmospheric Chemistry Suite che ha fatto la scoperta. "La nostra analisi collega la generazione e il declino del gas cloruro di idrogeno alla superficie di Marte".

Saranno necessari approfonditi test di laboratorio e nuove simulazioni atmosferiche globali per comprendere meglio l'interazione superficie-atmosfera basata sul cloro, insieme alle continue osservazioni su Marte per confermare che l'ascesa e la caduta di HCl è guidata dall'estate dell'emisfero australe.

"La scoperta del primo nuovo gas traccia nell'atmosfera di Marte è una pietra miliare per la missione Trace Gas Orbiter, "dice Håkan Svedhem, Scienziato del progetto ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA. "Questa è la prima nuova classe di gas scoperta dall'osservazione dichiarata del metano da parte del Mars Express dell'ESA nel 2004, che ha motivato la ricerca di altre molecole organiche e alla fine è culminato nello sviluppo della missione Trace Gas Orbiter, per i quali la rilevazione di nuovi gas è un obiettivo primario."

L'aumento del vapore acqueo contiene indizi sull'evoluzione del clima

Oltre ai nuovi gas, il Trace Gas Orbiter sta perfezionando la nostra comprensione di come Marte abbia perso la sua acqua, un processo che è anche legato ai cambiamenti stagionali.

Si pensa che l'acqua allo stato liquido scorresse sulla superficie di Marte, come testimoniano i numerosi esempi di antiche valli prosciugate e canali fluviali. Oggi, è per lo più rinchiuso nelle calotte glaciali e sepolto nel sottosuolo. Marte perde ancora acqua oggi, sotto forma di idrogeno e ossigeno che fuoriescono dall'atmosfera.

Comprendere l'interazione di potenziali bacini idrici e il loro comportamento stagionale ea lungo termine è la chiave per comprendere l'evoluzione del clima di Marte. Questo può essere fatto attraverso lo studio del vapore acqueo e dell'acqua "semi-pesante" (dove un atomo di idrogeno è sostituito da un atomo di deuterio, una forma di idrogeno con un neutrone aggiuntivo).

"Il rapporto deuterio/idrogeno, D/H, è il nostro cronometro, una metrica potente che ci racconta la storia dell'acqua su Marte, e come la perdita d'acqua si è evoluta nel tempo. Grazie a ExoMars Trace Gas Orbiter, ora possiamo capire e calibrare meglio questo cronometro e testare potenziali nuovi serbatoi d'acqua su Marte, " afferma Geronimo Villanueva del Goddard Space Flight Center della NASA e autore principale del nuovo risultato.

"Con il Trace Gas Orbiter possiamo osservare il percorso degli isotopologhi dell'acqua mentre salgono nell'atmosfera con un livello di dettaglio impossibile prima. Le misurazioni precedenti fornivano solo la media sulla profondità dell'intera atmosfera. È come se solo noi aveva una visione 2D prima, ora possiamo esplorare l'atmosfera in 3-D, "dice Ann Carine Vandaele, investigatore principale dello strumento Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) utilizzato per questa indagine.

Le nuove misurazioni rivelano una drammatica variabilità in D/H con l'altitudine e la stagione mentre l'acqua sale dalla sua posizione originale." È interessante notare che i dati mostrano che una volta che l'acqua è completamente vaporizzata, mostra per lo più un comune grande arricchimento in acqua semipesante, e un rapporto D/H sei volte maggiore di quello terrestre in tutti i bacini idrici di Marte, confermando che grandi quantità di acqua sono state perse nel tempo, "dice Giuliano Liuzzi dell'American University e del Goddard Space Flight Center della NASA e uno dei principali scienziati dell'indagine.

I dati ExoMars raccolti tra aprile 2018 e aprile 2019 hanno mostrato anche tre casi che hanno accelerato la perdita di acqua dall'atmosfera:la tempesta di polvere globale del 2018, una breve ma intensa tempesta regionale nel gennaio 2019, e il rilascio di acqua dalla calotta polare meridionale durante i mesi estivi legato al cambiamento stagionale. Di particolare rilievo è un pennacchio di vapore acqueo in aumento durante l'estate meridionale che potrebbe potenzialmente iniettare acqua nell'alta atmosfera su base stagionale e annuale.

Osservazioni future coordinate con altri veicoli spaziali tra cui MAVEN della NASA, che si concentra sull'alta atmosfera, fornirà approfondimenti complementari all'evoluzione dell'acqua durante l'anno marziano.

"Le stagioni che cambiano su Marte, e in particolare l'estate relativamente calda nell'emisfero meridionale sembra essere la forza trainante delle nostre nuove osservazioni come la maggiore perdita di acqua atmosferica e l'attività della polvere legata alla rilevazione di acido cloridrico, che vediamo nei due ultimi studi, " aggiunge Håkan. "Le osservazioni di Trace Gas Orbiter ci consentono di esplorare l'atmosfera marziana come mai prima d'ora".