Miliardi di anni fa Marte aveva fiumi, laghi e forse un oceano. Oggi è un deserto freddo. Dove è finita tutta quell'acqua? Una parte è ancora lì, sotto forma di ghiaccio. Un'altra parte è stata persa nello spazio. Nel 2020 uno studio basato sui dati della sonda MAVEN della NASA ha mostrato un meccanismo sorprendente con cui Marte continua ancora oggi a perdere acqua: il vapore sale fino agli strati più alti dell'atmosfera e da lì fugge nello spazio.
La sonda MAVEN
MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) è in orbita attorno a Marte dal settembre 2014, con un obiettivo preciso: capire come e quanto il pianeta perde la sua atmosfera. La sua orbita, molto ellittica, la porta periodicamente a immergersi nell'alta atmosfera marziana, fino a circa 150 chilometri di quota, dove i suoi strumenti analizzano direttamente la composizione del gas.
Negli anni MAVEN ha dimostrato che il vento solare, il flusso di particelle emesso dal Sole, strappa continuamente gas dall'alta atmosfera di Marte. Senza un campo magnetico globale che la protegga, come quello terrestre, l'atmosfera marziana è esposta direttamente a questa erosione. Le misure indicano che nel corso di miliardi di anni Marte ha perso la maggior parte della sua aria. Anche le aurore marziane osservate dalla sonda Hope sono una manifestazione di questa interazione.
La scoperta del 2020
Lo studio del 2020, guidato da Shane Stone dell'Università dell'Arizona e pubblicato sulla rivista Science, si è concentrato sull'acqua. Usando lo spettrometro di massa NGIMS di MAVEN, i ricercatori hanno misurato la quantità di ioni derivati dall'acqua nell'alta atmosfera per due anni marziani.
Si pensava che il vapore acqueo restasse confinato nella bassa atmosfera, bloccato da una specie di "trappola fredda": salendo, l'aria si raffredda e il vapore congela, come succede sulla Terra, dove l'acqua raramente supera la troposfera. Su Marte, invece, i dati hanno mostrato che in certi periodi grandi quantità di acqua raggiungono quote di oltre 150 chilometri.
Lassù, le molecole d'acqua vengono spezzate dalla luce ultravioletta del Sole e dalle reazioni con gli ioni. L'idrogeno, leggerissimo, sfugge facilmente alla debole gravità marziana e si perde nello spazio. Ogni molecola d'acqua che arriva in alto è, di fatto, acqua persa per sempre.
Il ruolo delle stagioni e della polvere
La quantità di acqua che raggiunge l'alta atmosfera cambia molto nel corso dell'anno marziano. Aumenta durante l'estate dell'emisfero sud, quando Marte è più vicino al Sole e l'atmosfera è più calda. E aumenta in modo drammatico durante le tempeste di polvere, che su Marte possono diventare globali e avvolgere l'intero pianeta per settimane.
Durante la tempesta globale del 2018, la stessa che mise fuori uso il rover Opportunity coprendo di polvere i suoi pannelli solari, MAVEN misurò un aumento di circa venti volte dell'acqua nell'alta atmosfera. La polvere assorbe la luce del Sole e riscalda l'atmosfera, permettendo al vapore di salire senza congelare. Secondo i ricercatori, questo meccanismo potrebbe spiegare una parte significativa dell'acqua che Marte ha perso nel corso della sua storia. Anche la sonda europea ExoMars Trace Gas Orbiter ha osservato vapore acqueo a quote elevate durante le tempeste.
Quanta acqua ha perso Marte
Le stime su quanta acqua avesse Marte in origine variano molto. Secondo alcuni calcoli basati sul rapporto tra idrogeno e deuterio, una forma "pesante" di idrogeno che sfugge più lentamente nello spazio, il pianeta avrebbe avuto abbastanza acqua da coprirne la superficie con un oceano profondo più di cento metri. Oggi ne resta una parte nelle calotte polari e nel sottosuolo, come raccontano gli articoli sul ghiaccio su Marte e sui possibili laghi sotto il polo sud. Uno studio del 2021 ha suggerito che una quantità importante di acqua sia rimasta intrappolata nei minerali della crosta.
La perdita di acqua e atmosfera è uno dei motivi per cui Marte è passato da un mondo potenzialmente abitabile, con i fiumi raccontati nell'articolo sugli antichi fiumi di Marte, al deserto di oggi.
Il confronto con la Terra
Anche la Terra perde idrogeno nello spazio, ma in quantità trascurabili rispetto ai suoi oceani. A proteggerci sono diversi fattori: una gravità più forte, che trattiene meglio i gas; una stratosfera fredda che funziona da trappola per il vapore acqueo, facendolo condensare prima che salga troppo in alto; e un campo magnetico globale che devia gran parte del vento solare. Marte, più piccolo, con una gravità pari a circa un terzo di quella terrestre e senza campo magnetico, non ha nessuna di queste difese, e le tempeste di polvere aprono periodicamente la strada al vapore verso lo spazio.
Una lezione per i pianeti
Il vapore acqueo che resta nell'atmosfera forma a volte nuvole spettacolari, come quelle fotografate dal rover Curiosity.
La storia di Marte mostra quanto sia importante un campo magnetico e un'atmosfera stabile per mantenere l'acqua su un pianeta. È una lezione utile anche per valutare l'abitabilità dei pianeti attorno ad altre stelle. Per approfondire si può consultare la voce MAVEN su Wikipedia in inglese. Altri articoli si trovano nella sezione Pianeti.
