Forse c’è acqua liquida sotto il polo sud di Marte5 min di lettura

Un gruppo di astrofisici italiani, guidati da Roberto Orosei, ha trovato delle evidenze che suggeriscono la presenza di un lago di acqua a -70°C sotto il ghiaccio del polo sud di Marte.

Detta così sembra assurda: Marte, acqua, addirittura acqua liquida a -70°C. Come è possibile? Se avete un po’ di pazienza, vi racconto tutto quello che dovete sapere. Seguitemi.

Lo strumento di misura: il radar MARSIS della sonda ESA Mars Express

Per questa ricerca scientifica gli astrofisici hanno usato i dati della sonda ESA Mars Express. Più in dettaglio, hanno usato un radar che si trova a bordo di Mars Express: questo radar si chiama MARSIS.

MARSIS è un radar e, come tutti i radar, usa le onde elettromagnetiche, anzi onde radio tipicamente, con frequenze dell’ordine del megahertz, per determinare la posizione di qualcosa. Il meccanismo è abbastanza semplice, in linea teorica: il radar spara onde radio verso un oggetto; poi le onde vengono riflesse dall’oggetto e tornano indietro al radar, dove uno strumento le riceve.

Siccome le onde radio (in quanto anch’essere luce) si muovono a una velocità ben precisa, cioè 300 mila km al secondo, allora se si misura il tempo trascorso tra la loro emissione e la successiva ricezione, ecco che si ottiene una misura della distanza di un oggetto. Questo è il principio base del radar. È un po’ il meccanismo dell’eco: solo che qui, anziché avere a che fare con le onde sonore, abbiamo a che fare con le onde elettromagnetiche.

Ora, senza entrare nei dettagli, una cosa interessante da capire è che le proprietà delle onde radio che partono dal radar, quando tornano indietro, possono avere proprietà diverse: le differenze dipendono dalla superficie che riflette le onde. Tutto ciò può essere misurato, certo: e inoltre, da queste misure, si riesce a capire quale materiale riflette le onde radio.

Il radar MARSIS funziona proprio così. Guardate l’immagine qui sotto.

 

 

MARSIS ha inviato e ricevuto onde radio nella zona del polo sud di Marte per diversi anni, dal 2012 al 2015.

Al polo sud di Marte (come al polo nord) c’è una calotta composta per il 70% di ghiaccio d’acqua (tra le altre cose, parte della calotta è anche anidride carbonica che, da gas, ghiaccia direttamente nei mesi di inverno marziano).

Le onde radio inviate dal radar MARSIS, con la frequenza necessaria, riescono a penetrare la calotta ghiacciata e quando incontrano la superficie di Marte sono riflesse. E, a seconda di quello che incontrano sulla superficie, sono riflesse in modo diverso: così capiamo che materiale le ha riflesse.

La potenziale scoperta: acqua liquida sotto il polo sud di Marte

Ecco: in questo modo che vi ho appena raccontato, in una determinata regione sotto al ghiaccio del polo sud, gli astrofisici guidati da Orosei hanno misurato che le onde radio emesse dal radar MARSIS sono riflesse da un materiale diverso dal solito: potrebbe essere acqua liquida.

Facciamo un piccolo passo in più e proviamo a guardare direttamente i dati studiati dagli astrofisici. Iniziamo dalla figura qui sotto: è un fotomontaggio che mostra come da un pezzo di superficie di Marte si è ottenuto un’immagine a prima vista bizzarra in bianco e nero.

 

Quell’immagine bizzarra a destra è ciò che ha misurato il radar. Visto così si capisce poco: meglio guardare un grafico come quelli di una volta.

La figura qui sopra fa vedere la bizzarra immagine in bianco e nero in alto e un grafico con due linee, una rossa e una blu, in basso.

Concentriamoci sul grafico in basso, per un attimo: la linea rossa è il segnale misurato dal radar quando riceve le onde radio riflesse dalla superficie della calotta ghiacciata del polo sud; la linea blu invece è il segnale misurato quando riceve le onde radio riflesse da ciò che c’è sotto la calotta ghiacciata.

Come potete vedere, la linea blu mostra un segnale molto forte tra i valori 45 km e 65 km (che sono solo coordinate: quindi la regione incriminate è grande circa 20 km). Quel segnale, inoltre, è compatibile con la riflessione di onde radio causata da una superficie fatta di acqua: ecco quella è la zona sotto il polo sud marziano dove si pensa ci sia l’acqua liquida.

Una cosa importante: il radar, come ogni strumento, ha dei limiti di osservazione, per esempio riguardo la risoluzione.

MARSIS è un radar che può osservare regioni di Marte grandi una decina di km, più o meno, ma non regioni più piccole. Il lago d’acqua scoperta da Orisei e il suo gruppo, come abbiamo visto, dovrebbe essere grande circa 20 km. Inoltre, secondo i dati l’acqua dovrebbe essere a una profondità di 1,5 km.

Quello che voglio dire è che magari esistono laghi più piccoli sotto la superficie di Marte, ma che MARSIS non può osservare, per ora, a causa della sua relativamente bassa risoluzione. Magari in futuro, un radar con una risoluzione più grande potrà essere in grado di scovare questi eventuali laghi più piccoli. Oppure, magari non ci sono altri laghi, chissà: comunque sia, solo così potremo avere un quadro più completo della situazione acquatica sotto la superficie di Marte.

Perché c’è acqua liquida sotto il suolo di Marte ma non in superificie?

Vediamo di capire perché. L’acqua è un composto chimico formato da un atomo di ossigeno e due di idrogeno. Noi sappiamo che sulla Terra possiamo trovare l’acqua in tre forme: ghiaccio con temperatura minore di 0 °C, liquida tra 0 °C e 100 °C e infine vapore al di sopra dei 100 °C.

Tuttavia, Marte non ha lo stesso valore della pressione atmosferica che noi abbiamo sulla Terra. Da noi la pressione atmosferica, per definizione, diciamo che vale 1; mentre su Marte abbiamo la pressione atmosferica è lo 0,6% di quella terrestre.

Con una pressione così bassa, nell’intervallo di temperature per cui abbiamo acqua liquida sulla Terra, invece non abbiamo acqua liquida anche su Marte (anche se di giorno siamo sopra ai zero gradi).

Dunque su Marte non c’è acqua liquida perché la pressione atmosferica è troppo bassa.
Questo si può facilmente vedere anche dal grafico che segue:

Sull’asse orizzontale c’è la temperatura, sull’asse verticale c’è la pressione atmosferica.

Il grafico mostra quali condizioni di temperatura e pressione dovrebbero essere soddisfatte contemporaneamente per ottenere le varie fasi dell’acqua. In più, nel grafico ci sono due linee: una gialla per le condizioni che troviamo sulla Terra, una rossa per le condizioni che troviamo su Marte.

Dal grafico si vede bene che la linea di Marte non interseca la regione blu dell’acqua liquida. Questo vuol dire: su Marte non si trova acqua liquida, in condizioni standard. Dico “in condizioni standard” perché, come potete vedere, la linea rossa del grafico è davvero molto ma molto vicina alla regione blu che vuol dire acqua liquida. Ciò significa che, in particolari condizioni favorevoli di pressione, potrebbe essere possibile anche avere dell’acqua liquida (come trovato da Curiosity nel 2015, per esempio, anche se in quel caso ci sono diversi fattori in gioco).

Comunque, in generale, niente acqua liquida sulla superficie di Marte. Ma allora, se le cose stanno così, come fa a esserci acqua liquida sotto al polo sud di Marte? In realtà ci sono ancora due fattori che non abbiamo considerato.

Per prima cosa, il lago si trova sotto il ghiaccio del polo sud: questo vuol dire che la pressione è data dalla pressione del ghiaccio della calotta, quindi maggiore della pressione sul resto di Marte. Se la pressione sotto la calotta di ghiaccio è più alta di quella che c’è a cielo marziano aperto, allora possiamo immaginare di spostare la linea rossa “Mars” del grafico più verso l’alto, verso la linea gialla “Earth”. E, se alziamo la linea rossa un poco, allora questa linea finisce nella zona blu del grafico, quella per cui si creano le condizioni per avere acqua liquida.

Peccato però che, se le condizioni si avvicinano a quelle della Terra, allora per avere l’acqua liquida le temperature devono essere tra 0 °C e 100°C. Ma sotto la calotta di ghiaccio del polo sud, la temperatura è di circa -70 °C: come è possibile allora che ci sia acqua liquida?

Risposta: l’acqua deve essere allora salata, molto salata. Davvero molto, ma molto salata.

Questa è una cosa che possiamo vedere ogni volta che nevica: quale mezzo si attiva sulle nostre strade? Lo spargisale. E perché? Perché l’acqua salata non ghiaccia a 0 °C come l’acqua che beviamo, bensì diventa ghiaccio a una temperatura più bassa, qualche grado sotto lo zero.

Più l’acqua è salata, più la temperatura a cui diventa ghiaccio è bassa. Ecco come può esiste un lago di acqua liquida sotto un pezzo di calotta di ghiaccio, a -70 °C, al polo sud di Marte.

Vita su Marte?

Lo ammetto: ogni giorno internet è pieno di speculazioni riguardo gli oceani sotto la superficie di Encelado (luna di Saturno) ed Europa (luna di Giove): e se adesso abbiamo trovato l’acqua sotto la terra di Marte?

Beh, prima di tutto, aspettiamo: gli indizi sono buoni, ma la scoperta di questo lago marziano sotterraneo andrà studiata ancora più a fondo in futuro e con strumenti sempre più potenti.

Siamo proiettati sempre più a scoprire dettagli incredibili di Marte: se continuiamo con questo ritmo, dai, forse la prima forma di vita che vedremo su Marte sarà proprio quella degli esseri umani vestiti da astronauti.

Non sarebbe affatto male riuscire a essere testimoni di un’avventura così meravigliosa per tutti noi.

 

Per saperne di più

Articolo scientifico di Orisei et al.

Il commento su Science

La descrizione del radar MARSIS sul sito dell’ESA