Gli scienziati hanno proposto che le pianure dell'emisfero settentrionale di Marte un tempo fossero coperte d'acqua. [Image Credit: NASA]. Su Marte oggi, l'acqua si solidifica. La temperatura media del pianeta rosso è di -55 gradi Celsius (-67 F) e quando la temperatura sale, la temperatura massima registrata è un mite +20 gradi C (68 F).Il ghiaccio tuttavia sublima e si trasforma direttamente in gas, saltando la fase liquida a causa della bassa pressione atmosferica.
[Topografia dell'oceano marziano]
Marte può aver avuto una atmosfera spessa e acqua liquida sulla sua superficie tra i 3,5 e 4 miliardi di anni fa. I satelliti in orbita hanno ripreso le immagini della linea di riva dell'oceano, dei letti dei fiumi e dei canyon, scavati probabilmente dsll'acqua corrente. Anche la chimica del suolo marziano suggerisce che l'acqua allo stato liquido potrebbe essere stata presente una volta in superficie. Se è così, allora forse la vita avrebbe potuto emergere in periodo della sua storia. Molti scienziati pensano che Marte era abbastanza freddo in passato da permettere alle acque di superficie di esistere congelate allo stato solido. Tuttavia potrebbe essere rimasta anche allo stato liquido se la sua chimica le permetteva di congelare a temperature inferiori. Sulla Terra, ad esempio, il sale presente nell'acqua del mare impedisce il congelamento alla stessa temperatura dell'acqua dolce.
[La topografia di Venere non può essere osservata nella luce visibile dalle sonde orbitanti, a causa della spessa atmosfera che crea un intenso effetto serra. Marte potrebbe aver posseduto una spessa atmosfera serra che teneva caldo il pianeta? Accreditamento di immagine: NASA]
Un'altra possibilità è che Marte era più caldo in passato. A prima vista questa idea non ha senso, il Sole era meno caldo di ora, ed è logico supporre che il pianeta fosse ancora più freddo in passato e poi si sarebbe gradualmente riscaldato con l'aumento di intensità dell'attività solare. Ma la luce solare non è l'unica fonte di riscaldamento di un pianeta. Basta guardare Venere, la cui spessa atmosfera contiene un forte effetto serra con una temperatura media di superficie di 464 gradi Celsius (867 F).
Anche Marte potrebbe aver avuto un effetto serra che abbia scaldato abbastanza l'atmosfera per mantenere l'acqua corrente sulla sua superficie?
Jim Kasting della Penn State e Brian Toon della University of Colorado hanno discusso la possibilità di un ambiente caldo e umido su Marte alla recente "NASA Astrobiology Science Conference" a League City in Texas.
Kasting ha spiegato che i modelli climatici non hanno trovato una soluzione per il riscaldamento iniziale di Marte, perché l'effetto serra è "auto-limitante." L'aggiunta di diversi tipi di gas ai modelli atmosferici possono contribuire ad aumentare la temperatura, ma questi stessi gas creano nuvole che riflettono la luce solare verso lo spazio, causando il raffreddamento del pianeta. I due effetti vanno in concorrenza tra loro fino a un certo punto, ma poi alla fine si finisce con l'avere un pianeta più freddo perché il gas sviluppa una intensa copertura nuvolosa. I modelli climatici hanno esaminato i gas serra come il metano, l'anidride carbonica, il biossido di zolfo e il vapore acqueo, ma finora non hanno trovato una buona ragione per teorizzare un passato caldo per l'antico Marte.
"Abbiamo passato 30 anni a studiare l'effetto serra e nessuno ha risolto il problema in modo credibile finora", ha osservato Toon.
Perché dunque il clima serra funziona così bene nel riscaldare Venere, ma non su Marte? Le dense nubi di Venere riflettono molto la luce del sole nel vuoto, ed è per questo non siamo in grado di vedere la superficie di Venere nello spettro della luce visibile. Una risposta è che Venere essendo molto più vicino al Sole, riceve un maggior irradiamento solare rispetto a Marte. Secondo Toon, un altro motivo è che Marte è più piccolo. La gravità inferiore di un mondo meno massiccio riduce il tasso con cui l'aria si raffredda con l'altitudine. Sulla Terra questo tasso è di circa 10 gradi Kelvin per chilometro, ma su Marte il tasso è circa la metà. "Questo rende più difficile ottenere un effetto serra, ed è più difficile da scaldare, perché è così piccolo".
[Rappresentazione artistica che mostra la scomparsa del campo magnetico di Marte, che può aver provocato la perdita di gran parte della sua atmosfera. (Credit: NASA)]
Toon ritiene che i canyon e i letti dei fiumi che vediamo su Marte si sono formati a causa degli impatti di asteroidi e comete periodiche. In questo scenario, l'impatto avrebbe riempito l'atmosfera di roccia e vaporizzato il ghiaccio causando diversi anni di piogge e inondazioni con la conseguente erosione che oggi vediamo su Marte.
"Sappiamo che gli impatto sono avvenuti perchè possiamo vedere i crateri che hanno causato", ha affermato Toon. "E' praticamente impossibile evitare che vi sia una grande quantità di acqua proveniente da comete e asteroidi".
Kasting, tuttavia, non è d'accordo che gli impatti abbiano creato le caratteristiche topografiche osservate su Marte. A tal proposito Indica la Nanedi Valles, che è "essenzialmente un Grand Canyon, su una scala leggermente più piccola". Kasting stima che ci sarebbero voluti circa 5 milioni di metri di acqua per formare il Grand Canyon sulla Terra più di 17 milioni di anni. La stessa quantità di pioggia sarebbe stata necessario per formare una caratteristica simile come la Nanedi Valles su Marte, 1-10 volte in più dell'acqua che un impatto potrebbe generare.
Toon ritiene che i canyon e i letti dei fiumi che vediamo su Marte si sono formati a causa degli impatti di asteroidi e comete periodiche. In questo scenario, l'impatto avrebbe riempito l'atmosfera di roccia e vaporizzato il ghiaccio causando diversi anni di piogge e inondazioni con la conseguente erosione che oggi vediamo su Marte.
"Sappiamo che gli impatto sono avvenuti perchè possiamo vedere i crateri che hanno causato", ha affermato Toon. "E' praticamente impossibile evitare che vi sia una grande quantità di acqua proveniente da comete e asteroidi".
Kasting, tuttavia, non è d'accordo che gli impatti abbiano creato le caratteristiche topografiche osservate su Marte. A tal proposito Indica la Nanedi Valles, che è "essenzialmente un Grand Canyon, su una scala leggermente più piccola". Kasting stima che ci sarebbero voluti circa 5 milioni di metri di acqua per formare il Grand Canyon sulla Terra più di 17 milioni di anni. La stessa quantità di pioggia sarebbe stata necessario per formare una caratteristica simile come la Nanedi Valles su Marte, 1-10 volte in più dell'acqua che un impatto potrebbe generare.
[La Nanedi Valles è una valle di 800 km su Marte. Le origini della valle rimangono poco chiare, gli scienziati hanno discusso se fosse stata erosa dal deflusso delle acque sotterranee, dal flusso di liquido sotto una copertura di ghiaccio o dal collasso della superficie in associazione con il flusso del liquido. Credit: ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)]
Kasting inoltre ha osservato che le funzioni della Warrego Valles sembrano essere simili ai laghi Oxbow sulla Terra, che sono stati fatti lentamente nel tempo da serpeggianti fiumi. Se le formazioni su Marte sono state fatte da un processo simile, l'acqua doveva scorrere costantemente, piuttosto che in modo rapido e catastrofico come sarebbe stato il caso di allagamento connesso ad un impatto.
Toon ha contrastato questa ipotesi citando le caratteristiche della Salton Sea in California che è stata scavata da un fiume in circa nove mesi, per una profondità simile a molti dei canali su Marte. "Si può certamente incidere il terreno in nove mesi", ha detto.
Gli scienziati non sono d'accordo su questo punto in mancano i dati su Marte per ottenere tali informazioni, e avremmo bisogno di analizzare dei campioni di roccia in laboratorio. "Tutti nostri dati provengono dai conteggi nel cratere, e non è una scienza esatta, specialmente quando si sta cercando di risolvere i problemi relativi al tempo impiegato per formare le valli", ha detto Kasting. "L'unica cosa che sappiamo è quanto tempo ci vuole per formare i crateri da impatto, perché sono creati istantaneamente".
La qualità del suolo potrebbe fornire alcuni indizi necessari per capire quando si siano formate le caratteristiche geologiche su Marte. Se il suolo è meno rigido, come la sabbia limosa, piuttosto che rocciosa, sarebbe stata erosa molto più rapidamente. Kasting ha detto la superficie di Marte è principalmente di basalto, una crosta dura che sarebbe relativamente resistente all'erosione. "La superficie di Marte può essere un pò più di erodibile delle rocce sulla Terra, ma non di un fattore dieci alla quarta," ha detto.
Kasting inoltre ha osservato che le funzioni della Warrego Valles sembrano essere simili ai laghi Oxbow sulla Terra, che sono stati fatti lentamente nel tempo da serpeggianti fiumi. Se le formazioni su Marte sono state fatte da un processo simile, l'acqua doveva scorrere costantemente, piuttosto che in modo rapido e catastrofico come sarebbe stato il caso di allagamento connesso ad un impatto.
Toon ha contrastato questa ipotesi citando le caratteristiche della Salton Sea in California che è stata scavata da un fiume in circa nove mesi, per una profondità simile a molti dei canali su Marte. "Si può certamente incidere il terreno in nove mesi", ha detto.
Gli scienziati non sono d'accordo su questo punto in mancano i dati su Marte per ottenere tali informazioni, e avremmo bisogno di analizzare dei campioni di roccia in laboratorio. "Tutti nostri dati provengono dai conteggi nel cratere, e non è una scienza esatta, specialmente quando si sta cercando di risolvere i problemi relativi al tempo impiegato per formare le valli", ha detto Kasting. "L'unica cosa che sappiamo è quanto tempo ci vuole per formare i crateri da impatto, perché sono creati istantaneamente".
La qualità del suolo potrebbe fornire alcuni indizi necessari per capire quando si siano formate le caratteristiche geologiche su Marte. Se il suolo è meno rigido, come la sabbia limosa, piuttosto che rocciosa, sarebbe stata erosa molto più rapidamente. Kasting ha detto la superficie di Marte è principalmente di basalto, una crosta dura che sarebbe relativamente resistente all'erosione. "La superficie di Marte può essere un pò più di erodibile delle rocce sulla Terra, ma non di un fattore dieci alla quarta," ha detto.
[La Warrego Valles è una ramificazione di valli situate nell'emisfero sud marziano. Le valli sono vecchie e molti sono state modificate da processi che hanno oscurano le originali caratteristiche geologiche relative alla loro origine. Image Credit: NASA / JPL / Malin Space Science Systems.]
Toon è d'accordo. "Se si verificano tutti questi impatti di grandi dimensioni, si può creare circa un chilometro di regolite", ha detto. "Questo è vagamente il materiale consolidato che ricopre il pianeta fino a circa un chilometro in profondità, e per questo è molto probabile che i fiumi si siano formati a causa di impatti".
La composizione chimica del suolo è un altro mezzo per cercare di capire Marte. Sulla Terra, l'anidride carbonica nell'atmosfera, reagisce con l'acqua e le rocce del silicato e viene convertita in carbonato di calcio (calcare). L'atmosfera marziana oggi è composta principalmente da anidride carbonica e gli scienziati si sono chiesti a lungo perché non abbiamo mai trovato prove di carbonati nel terreno. La missione Phoenix della NASA ha finalmente trovato i carbonati su Marte, ma in quantità molto basse.
Sulla Terra i carbonati tendono a formarsi nelle basse acque calde comq quelle del mare nei pressi delle Bahamas, piuttosto che in zone più fredde come il Mare del Nord. La bassa abbondanza di carbonati su Marte può indicare che il pianeta è sempre stato freddo. Tuttavia, i carbonati trovati da Phoenix, non si pensa che si siano formati in acqua stagnante ma piuttosto attraverso l'interazione chimica dell'anidride carbonica e del vapore acqueo come le minuscole particelle di basalto soffiate dal vento. La scarsità di carbonati può dirci qualcosa sulla composizione dell'atmosfera primordiale. Se, per esempio, il biossido di zolfo non fosse mai stato parte dell'atmosfera marziana, il carbonato avrebbe avuto difficoltà a formarsi. "La pioggia dei solfati impedirebbe la formazione dei carbonati in superficie, ma se si ha il biossido di carbonio a 3 bar atmosferici, l'acqua piovana sarebbe a pH 3.7 e si dissolverebbe ogni carbonato".
Alla fine, Kasting e Toon erano in perfetto accordo su un punto: l'ambiente delle antiche di Marte rimane un mistero. Ogni nuovo bit di informazione è un altro pezzo del puzzle e alla fine li metteremo insieme per costruire un quadro chiaro dei primi tempi di vita del Pianeta Rosso.
La composizione chimica del suolo è un altro mezzo per cercare di capire Marte. Sulla Terra, l'anidride carbonica nell'atmosfera, reagisce con l'acqua e le rocce del silicato e viene convertita in carbonato di calcio (calcare). L'atmosfera marziana oggi è composta principalmente da anidride carbonica e gli scienziati si sono chiesti a lungo perché non abbiamo mai trovato prove di carbonati nel terreno. La missione Phoenix della NASA ha finalmente trovato i carbonati su Marte, ma in quantità molto basse.
Sulla Terra i carbonati tendono a formarsi nelle basse acque calde comq quelle del mare nei pressi delle Bahamas, piuttosto che in zone più fredde come il Mare del Nord. La bassa abbondanza di carbonati su Marte può indicare che il pianeta è sempre stato freddo. Tuttavia, i carbonati trovati da Phoenix, non si pensa che si siano formati in acqua stagnante ma piuttosto attraverso l'interazione chimica dell'anidride carbonica e del vapore acqueo come le minuscole particelle di basalto soffiate dal vento. La scarsità di carbonati può dirci qualcosa sulla composizione dell'atmosfera primordiale. Se, per esempio, il biossido di zolfo non fosse mai stato parte dell'atmosfera marziana, il carbonato avrebbe avuto difficoltà a formarsi. "La pioggia dei solfati impedirebbe la formazione dei carbonati in superficie, ma se si ha il biossido di carbonio a 3 bar atmosferici, l'acqua piovana sarebbe a pH 3.7 e si dissolverebbe ogni carbonato".
Alla fine, Kasting e Toon erano in perfetto accordo su un punto: l'ambiente delle antiche di Marte rimane un mistero. Ogni nuovo bit di informazione è un altro pezzo del puzzle e alla fine li metteremo insieme per costruire un quadro chiaro dei primi tempi di vita del Pianeta Rosso.
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