L'acqua è essenziale per la vita sulla Terra e sugli altri pianeti, e gli scienziati hanno trovato ampie prove di acqua nella storia antica di Marte. Ma Marte oggi non ha acqua liquida sulla sua superficie. Una nuova ricerca della Washington University di St. Louis suggerisce una ragione fondamentale:Marte potrebbe essere troppo piccolo per trattenere grandi quantità di acqua.

Gli studi e le analisi di telerilevamento dei meteoriti marziani risalenti agli anni '80 postulano che Marte era una volta ricco d'acqua, rispetto alla Terra. La navicella spaziale Viking della NASA e, più recentemente, i rover Curiosity e Perseverance a terra hanno restituito immagini drammatiche di paesaggi marziani segnati da valli fluviali e canali di piena.

Nonostante questa evidenza, non rimane acqua liquida in superficie. I ricercatori hanno proposto molte possibili spiegazioni, compreso un indebolimento del campo magnetico di Marte che avrebbe potuto provocare la perdita di una spessa atmosfera.

Ma uno studio pubblicato la settimana del 20 settembre su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze suggerisce una ragione più fondamentale per cui il Marte di oggi sembra così drasticamente diverso dal "marmo blu" della Terra.

"Il destino di Marte è stato deciso fin dall'inizio, " ha detto Kun Wang, assistente professore di scienze della terra e planetarie in Arts &Sciences presso la Washington University, autore senior dello studio. "Probabilmente esiste una soglia sui requisiti dimensionali dei pianeti rocciosi per trattenere abbastanza acqua per consentire l'abitabilità e la tettonica a zolle, con massa superiore a quella di Marte."

Per il nuovo studio, Wang e i suoi collaboratori hanno utilizzato isotopi stabili dell'elemento potassio (K) per stimare la presenza, distribuzione e abbondanza di elementi volatili sui diversi corpi planetari.

Il potassio è un elemento moderatamente volatile, ma gli scienziati hanno deciso di usarlo come una sorta di tracciante per elementi e composti più volatili, come l'acqua. Questo è un metodo relativamente nuovo che diverge dai precedenti tentativi di utilizzare i rapporti potassio-torio (Th) raccolti dal telerilevamento e dall'analisi chimica per determinare la quantità di sostanze volatili che Marte aveva una volta. In precedenti ricerche, i membri del gruppo di ricerca hanno utilizzato un metodo tracciante di potassio per studiare la formazione della luna.

Wang e il suo team hanno misurato le composizioni di isotopi di potassio di 20 meteoriti marziani precedentemente confermati, selezionato per essere rappresentativo della composizione di silicati sfusi del pianeta rosso.

Utilizzando questo approccio, i ricercatori hanno determinato che Marte ha perso più potassio e altri volatili rispetto alla Terra durante la sua formazione, ma conservava più di questi volatili rispetto alla luna e all'asteroide 4-Vesta, due corpi molto più piccoli e asciutti della Terra e di Marte.

I ricercatori hanno trovato una correlazione ben definita tra la dimensione corporea e la composizione isotopica del potassio.

"La ragione per abbondanze molto inferiori di elementi volatili e dei loro composti nei pianeti differenziati rispetto ai meteoriti indifferenziati primitivi è stata una domanda di lunga data, "ha detto Katharina Lodders, professore di scienze della terra e planetarie alla Washington University, un coautore dello studio. "La scoperta della correlazione delle composizioni isotopiche del K con la gravità del pianeta è una nuova scoperta con importanti implicazioni quantitative su quando e come i pianeti differenziati hanno ricevuto e perso i loro volatili".

"I meteoriti marziani sono gli unici campioni a nostra disposizione per studiare la composizione chimica della massa di Marte, "Ha detto Wang. "Quei meteoriti marziani hanno età che variano da diverse centinaia di milioni a 4 miliardi di anni e hanno registrato la storia volatile dell'evoluzione di Marte. Attraverso la misurazione degli isotopi di elementi moderatamente volatili, come il potassio, possiamo dedurre il grado di esaurimento volatile dei pianeti sfusi e fare confronti tra diversi corpi del sistema solare.

"È indiscutibile che un tempo ci fosse acqua liquida sulla superficie di Marte, ma quanta acqua in totale aveva Marte una volta è difficile da quantificare solo attraverso il telerilevamento e gli studi su rover, "Ha detto Wang. "Ci sono molti modelli là fuori per il contenuto di acqua alla rinfusa di Marte. In alcuni di essi, All'inizio Marte era persino più umido della Terra. Non crediamo che sia stato così".

Zhen Tian, uno studente laureato nel laboratorio di Wang e uno studioso della McDonnell International Academy, è il primo autore dell'articolo. Il ricercatore associato Piers Koefoed è coautore, come Hannah Bloom, che si è laureato alla Washington University nel 2020. Wang e Lodders sono membri di facoltà del McDonnell Center for the Space Sciences dell'università.

I risultati hanno implicazioni per la ricerca di vita su altri pianeti oltre a Marte, hanno notato i ricercatori.

Essere troppo vicino al sole (o, per esopianeti, essere troppo vicino alla loro stella) può influenzare la quantità di sostanze volatili che un corpo planetario può trattenere. Questa misurazione della distanza dalla stella è spesso inclusa negli indici delle "zone abitabili" intorno alle stelle.

"Questo studio sottolinea che esiste una gamma di dimensioni molto limitata per i pianeti per avere acqua appena sufficiente ma non troppa per sviluppare un ambiente di superficie abitabile, " ha affermato Klaus Mezger del Centro per lo spazio e l'abitabilità dell'Università di Berna, Svizzera, coautore dello studio. "Questi risultati guideranno gli astronomi nella loro ricerca di esopianeti abitabili in altri sistemi solari".

Wang ora pensa che, per i pianeti che si trovano all'interno di zone abitabili, la dimensione planetaria probabilmente dovrebbe essere più enfatizzata e considerata di routine quando si pensa se un esopianeta potrebbe supportare la vita.

"La dimensione di un esopianeta è uno dei parametri più facili da determinare, " ha detto Wang. "In base alle dimensioni e alla massa, ora sappiamo se un esopianeta è un candidato per la vita, perché un fattore determinante di primo ordine per la ritenzione volatile è la dimensione."