Un nuovo mistero per gli scienziati di Curiosity

Uno dei tanti selfie di Curiosity. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Per la prima volta nella storia dell’esplorazione spaziale, gli scienziati sono riusciti a misurare le variazioni stagionali nei gas che compongono l’atmosfera al di sopra della superficie del cratere Gale su Marte. Gli effetti di queste misurazioni hanno dato un risultato sconcertante: l’ossigeno, ovvero il gas che la maggior parte delle creature terrestri respira, si comporta in un modo inspiegabile per gli scienziati secondo qualsiasi processo chimico preso in considerazione.

Nel corso di tre anni marziani, ovvero circa sei anni terrestri, uno strumento situato nel laboratorio chimico Sample Analysis at Mars (SAM) in dotazione al rover Curiosity della NASA, ha inalato l’aria presente nel cratere Gale analizzando la sua composizione. I risultati forniti dall’analizzatore hanno confermato la distribuzione volumetrica dei principali gas dell’atmosfera della superficie marziana: 95% biossido di carbonio (CO₂), 2,6% azoto molecolare (N₂), 1,9% argon (Ar), 0,16% ossigeno molecolare (O₂) e 0,06% monossido di carbonio (CO). Inoltre, sono state determinate le modalità in cui le molecole dei vari gas si miscelano fra di loro e circolano nell’atmosfera del Pianeta Rosso, in relazione alle variazioni di pressione lungo tutto l’anno. Queste variazioni sono prodotte dal congelamento dell’anidride carbonica nei poli durante l’inverno che di conseguenza causa l’abbassamento della pressione atmosferica in tutto il pianeta, forzando la ridistribuzione dell’aria per mantenere l’equilibrio barometrico. In primavera e in estate, quando il ghiaccio secco evapora, l’anidride carbonica si diffonde per tutto il pianeta rialzando la pressione atmosferica.

All’interno di questo ambiente gli scienziati hanno compreso che l’azoto e l’argon hanno un comportamento stagionale prevedibile, crescendo e calando in concentrazione nel cratere Gale, in relazione alla concentrazione atmosferica della CO₂, pertanto, si aspettavano il medesimo comportamento anche da parte dell’ossigeno. Invece così non è stato. La quantità di gas è salita nel periodo primaverile ed estivo fino al 30%, per poi precipitare in autunno ai livelli previsti dai fenomeni chimici conosciuti. Questo schema si è ripetuto a ogni primavera, benché la quantità di ossigeno aggiunto all’atmosfera sia variata, facendo supporre che qualcosa lo stesse producendo per poi riassorbirlo in qualche modo.

Credits: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard

«La prima volta che abbiamo osservato questo fenomeno, è stato sconvolgente». Ha dichiarato Sushil Atreya, professore di scienze climatiche e spaziali dell’Università del Michigan di Ann Arbor. Atreya è co-autore di un articolo su questo argomento, pubblicato il 12 novembre sul Journal of Geophisical Research: Planets.

Nel tentativo di risolvere questo enigma, i ricercatori hanno controllato per tre volte l’accuratezza dei dati raccolti dal Quadruple Mass Spectrometer in dotazione al SAM, ma lo strumento aveva lavorato alla perfezione. Quindi è stata considerata la possibilità che la CO₂ oppure le molecole di acqua (H₂O) potessero aver rilasciato dell’ossigeno a seguito di processi atmosferici di scissione molecolare, il quale poi, sia andato ad aggiungersi a quello già presente. Tuttavia questo processo necessiterebbe di una quantità di acqua cinque volte superiore rispetto a quella presente nell’atmosfera marziana per arrivare a produrre la quantità riscontrata di ossigeno extra. Inoltre il processo di scissione dell’anidride carbonica è troppo lento rispetto alla velocità in cui il fenomeno enigmatico si manifesta.

E riguardo alla diminuzione dell’ossigeno? Potrebbe la radiazione solare arrivare a scindere le molecole di ossigeno in due atomi che poi verrebbero dispersi nello spazio? No, secondo gli scienziati, visto che questo processo impiegherebbe almeno 10 anni per compiersi. «Stiamo riflettendo su come poter spiegare questo fenomeno», ha dichiarato Melissa Trainer, una scienziata planetaria del Goddard Space Flight Center della NASA di Greenbelt, Maryland, che è a capo di questa ricerca. «Il fatto che il comportamento dell’ossigeno non sia perfettamente ripetibile in ogni stagione, ci fa pensare che esso non sia legato alle dinamiche atmosferiche, ma che abbia una causa chimica che ancora non riusciamo a spiegare».

Per gli scienziati che stanno studiando Marte, la storia dell’ossigeno è curiosamente simile a quella del metano. Il metano è costantemente presente nell’aria all’interno del cratere Gale, anche se in una minima quantità (0,00000004% in media) appena rilevabile dai più sensibili strumenti presenti su Marte, fra cui il Tunable Laser Spectrometer del SAM. Lo strumento ha evidenziato il fatto che mentre la concentrazione del metano aumenta e diminuisce stagionalmente, essa aumenta di circa il 60% nei mesi estivi per ragioni inspiegabili. A fronte quindi delle scoperte sul comportamento dell’ossigeno, il team di Trainer si sta interrogando sulla possibilità che i processi chimici responsabili del comportamento del metano, non lo siano anche di quello dell’ossigeno; infatti, almeno occasionalmente, le concentrazioni dei due gas appaiono fluttuare in tandem. «Stiamo iniziando a vedere questa allettante correlazione fra metano e ossigeno che si verifica per buona parte dell’anno marziano», ha spiegato Atreya. «Penso che qualcosa ci sia, anche se non ho delle risposte. Nessuno le ha».

Credits: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard

L’ossigeno e il metano possono avere un’origine biologica (per esempio possono provenire dall’attività microbica) oppure abiotica (processi chimici relativi all’acqua e alle rocce). Gli scienziati stanno prendendo in considerazione tutte le opzioni, benché al momento essi non abbiano un’evidenza convincente dell’esistenza di attività biologica sul Pianeta Rosso. Curiosity non è dotato di strumentazioni in grado di determinare se la fonte di metano e ossigeno sia biologica o geologica. I team di ricercatori si aspettano che l’ipotesi non biologica sia la più probabile e stanno lavorando diligentemente per comprenderla appieno.

Il gruppo della dottoressa Trainer ha considerato il suolo marziano come una fonte extra di ossigeno primaverile, visto che come è noto, ne è ricco sotto forma di composti come il perossido d’idrogeno e il perclorato. Un esperimento portato su Marte da uno dei lander Viking della NASA nella seconda metà degli anni ’70 dello scorso secolo, ha mostrato che il calore e l’umidità potevano far rilasciare ossigeno dal suolo marziano; tuttavia quell’esperimento avvenne in condizioni ambientali abbastanza differenti da quelle primaverili, inoltre non può spiegare fra l’altro, gli abbassamenti della concentrazione di ossigeno. Sono state formulate altre ipotesi per tentare di risolvere l’arcano, ma non spiegano completamente il fenomeno. Per esempio, la radiazione ad alta energia del suolo potrebbe produrre molecole di ossigeno che andrebbero a incrementarne la concentrazione atmosferica, ma servirebbero milioni di anni per fare in modo che si accumuli abbastanza ossigeno nel suolo per spiegare i picchi di concentrazione rilevati nell’arco di una sola primavera.

«Non siamo stati in grado di trovare un processo che riesca a produrre il quantitativo di ossigeno desiderato, ma pensiamo che debba essere qualcosa legato alla superficie del pianeta e che abbia dei cambiamenti su scala stagionale, in quanto non ci sono abbastanza atomi di ossigeno nell’atmosfera per dare luogo al fenomeno osservato». Ha spiegato Timothy McConnochie, assistente scienziato di ricerca presso l’Università del Maryland di College Park e uno dei co-autori dell’articolo.

In precedenza, le uniche sonde planetarie dotate di strumentazioni in grado di misurare la composizione dell’atmosfera marziana in prossimità del suolo, sono stati i lander gemelli Viking della NASA, che arrivarono sul Pianeta Rosso nel 1976. Gli esperimenti dei Viking sono durati solamente qualche giorno marziano e quindi non hanno potuto osservare gli andamenti stagionali dei vari gas. Le nuove misurazioni del laboratorio SAM sono state le prime a fare ciò e il team che lo gestisce continuerà a fare rilievi sui gas atmosferici, in modo tale da permettere ai ricercatori di raccogliere dati più dettagliati nell’arco di ciascuna stagione. Nel frattempo, Trainer e il suo team sperano che altri esperti del pianeta Marte si metteranno al lavoro per risolvere il mistero dell’ossigeno marziano.

Nubi in movimento riprese da Curiosity il 12 maggio 2019. Courtesy NASA/JPL-Caltech

Fonte: NASA

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Luca Frigerio

Impiegato nel campo delle materie plastiche e da sempre appassionato di spazio. E' iscritto a forumastronautico.it dal Novembre 2005 e da diversi anni sfoga parte della sua passione scrivendo per astronautinews.it. E' consigliere dell'Associazione Italiana per l'Astronautica e lo Spazio (ISAA)

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