Con le bombe: ecco come il Sole ha privato Marte della sua atmosfera e dell'acqua.

Nel complesso puzzle del passato di Marte, c'è un tassello che i geologi planetari cercano di ricomporre da decenni. Agli albori della sua esistenza, il pianeta rosso, ora arido e secco, potrebbe essere stato un mondo acquatico e vivace, con possenti fiumi che alimentavano laghi grandi come mari. Vaste distese d'acqua che forse custodivano la promessa della vita.

Oggi, tuttavia, il mondo vicino non è altro che un deserto desolato, arido e ghiacciato, dove l'acqua, sotto forma di ghiaccio, è scarsa e non è altro che il fantasma di un passato un tempo umido. Dove è finita tutta l'acqua su Marte e perché? Questa è la domanda, il tassello mancante del puzzle che tormenta da tempo gli scienziati.

Ora, dopo oltre un decennio di meticolose osservazioni e analisi, la missione MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) della NASA, in orbita attorno a Marte dal novembre 2013, ha appena rivelato un meccanismo sfuggente che potrebbe essere il tassello mancante. Un processo di "fuga atmosferica" ​​chiamato " sputtering " che potrebbe essere la chiave per capire come Marte abbia perso la stragrande maggioranza della sua acqua. La scoperta è stata appena pubblicata su " Science Advances ".

La superficie marziana non racconta alcuna storia: è solcata da inconfondibili cicatrici di un passato molto più umido. Valli che un tempo erano fiumi, letti di laghi prosciugati e minerali che si formano solo in presenza di acqua sono la testimonianza diretta di un'epoca in cui l'acqua liquida scorreva liberamente sul pianeta.

E sappiamo che, per preservare tutta quell'acqua liquida, Marte deve aver avuto, in passato, un'atmosfera molto più densa di quella odierna, simile a quella terrestre, in grado di intrappolare il calore e mantenere un'elevata pressione superficiale. Capire quando e come quell'atmosfera si sia esaurita è essenziale per ricostruire l'evoluzione climatica del Pianeta Rosso e determinare, a sua volta, per quanto tempo potrebbe essere rimasto abitabile.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno accumulato prove crescenti che il vento solare, il flusso costante di particelle cariche emesse dal Sole, potrebbe essere responsabile della perdita di gran parte dell'atmosfera marziana. Nell'aprile 2022, la comunità astronomica internazionale ha assistito in prima persona a come un potente brillamento solare abbia "sorvolato" Mercurio, strappandogli via parte della sua atmosfera in un unico colpo . È stato un episodio violento e puntuale, diverso e molto più potente del vento solare, che è un flusso continuo che non cessa mai, ma l'evento ha reso molto chiara la capacità della nostra stella di "spogliare" i suoi pianeti.

Lo sputtering rilevato dalla missione MAVEN è un processo di fuga in cui gli atomi vengono espulsi dall'atmosfera da particelle cariche ed energetiche. "È come buttare una bomba in una piscina", spiega Shannon Curry, ricercatrice principale di MAVEN presso il Laboratorio di Fisica Atmosferica e Spaziale dell'Università del Colorado a Boulder e autrice principale dello studio. "Ma la bomba, in questo caso, sono gli ioni pesanti che si schiantano nell'atmosfera molto rapidamente, schizzando atomi e molecole neutri". Si tratta, quindi, di un costante "bombardamento" di minuscoli colpi di cannone che, come l'acqua di una piscina, "schizza" atomi e molecole dall'atmosfera superiore di Marte, liberandoli dall'attrazione gravitazionale del pianeta e lanciandoli nello spazio.

Sebbene gli scienziati avessero già trovato indizi indiretti di questo "spettro", non lo avevano mai osservato direttamente. Prove precedenti, infatti, provenivano dall'analisi degli isotopi di argon nell'atmosfera superiore di Marte. Gli isotopi più leggeri si depositano più in alto nell'atmosfera rispetto alle loro controparti più pesanti. Si è scoperto che nell'atmosfera marziana c'erano molti meno isotopi leggeri rispetto agli isotopi pesanti di argon, e a quanto pare questi isotopi più leggeri possono essere rimossi solo tramite sputtering. "Era come se avessimo trovato le ceneri di un falò", spiega Shannon Curry. "Ma volevamo vedere il fuoco vero e proprio – in questo caso, lo sputtering – direttamente."

Per osservare lo sputtering in azione, il team MAVEN necessitava di misurazioni simultanee, al momento e nel luogo giusti, da tre strumenti a bordo della sonda: l'analizzatore di ioni del vento solare, il magnetometro e lo spettrometro di massa di gas neutri e ioni. I ricercatori necessitavano inoltre di misurazioni sia sul lato diurno che su quello notturno del pianeta a bassa quota, un'operazione che ha richiesto anni di osservazione.

Infine, la combinazione dei dati di questi strumenti ha permesso agli autori dello studio di creare un nuovo tipo di mappa dello sputtering di argon in relazione al vento solare. Questa mappa ha rivelato la presenza di argon ad alta quota, nei punti esatti in cui le particelle energetiche colpiscono l'atmosfera e "sputano" argon, mostrando lo sputtering in tempo reale. I ricercatori hanno anche scoperto che il processo è quattro volte più abbondante di quanto precedentemente previsto e che questa frequenza aumenta durante le tempeste solari.

L'osservazione diretta dello sputtering nell'atmosfera marziana conferma che questo processo, come sospettato, è stato una delle principali fonti di perdita atmosferica nella storia primordiale di Marte, quando l'attività del Sole era molto più intensa. È importante ricordare che ai suoi albori, il giovane Sole era più attivo ed emetteva flussi di vento solare più intensi e frequenti di oggi, il che avrebbe amplificato l'effetto dello sputtering.

"Questi risultati", afferma Curry, "stabiliscono il ruolo dello sputtering nella perdita dell'atmosfera di Marte e nel determinare la storia dell'acqua su Marte". La scoperta aiuterà gli scienziati a comprendere finalmente le condizioni che hanno permesso all'acqua liquida di esistere sulla superficie marziana e le implicazioni che ciò ha avuto per l'abitabilità del pianeta miliardi di anni fa. Se Marte ha mai ospitato la vita, probabilmente si è sviluppata quando il pianeta era più caldo e umido. Lo sputtering ci offre una finestra sul passato di Marte e ci permette di capire meglio per quanto tempo il Pianeta Rosso potrebbe essere stato un ambiente favorevole alla vita.

Inoltre, questo studio potrebbe avere implicazioni anche per determinare l'abitabilità di altri esopianeti. Se un esopianeta ha un'atmosfera ed è esposto a un forte vento stellare, lo sputtering potrebbe essere un importante meccanismo di perdita dell'atmosfera, influenzando il suo potenziale di ospitare la vita.