Circa ogni due anni terrestri, quando è estate nell’emisfero meridionale di Marte, si apre una finestra: solo in questa stagione il vapore acqueo riesce a salire dagli strati bassi a quelli alti dell’atmosfera marziana. Da Lì, i venti portano lo portano fino al polo nord. Una parte di questo vapore acqueo viene disperso nello spazio, il resto si raffredda e precipita sulla superficie delle zone intorno ai poli.
I ricercatori dell’Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e dell’Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania, hanno descritto questo insolito ciclo marziano dell’acqua nell’ultimo numero di Geophysical Research Letters. Le loro simulazioni al computer mostrano come il vapore acqueo supera la barriera di aria fredda nell’atmosfera media di Marte e raggiunge gli strati più elevati dell’atmosfera. Questo potrebbe spiegare perché Marte, a differenza della Terra, ha perso la maggior parte della sua acqua.
Miliardi di anni fa, Marte era un pianeta ricco di acqua con fiumi e persino un oceano. Da allora, il Pianeta Rosso è cambiato radicalmente. Oggi esistono solo piccole quantità di acqua ghiacciata nel terreno; nell’atmosfera, di vapore acqueo se ne trovano solo tracce. Tutto sommato, il pianeta potrebbe aver perso almeno l’80% della sua acqua originale. Nell’atmosfera superiore di Marte, la radiazione ultravioletta proveniente dal sole separa le molecole d’acqua in idrogeno (H) e radicali ossidrili (OH). Da lì, L’idrogeno si disperde irrimediabilmente nello spazio. Le misurazioni di sonde spaziali e telescopi spaziali, ad esempio Maeven, mostrano che ancora oggi l’acqua di Marte si disperde in questo modo. Ma come è possibile? Lo strato di atmosfera mediana di Marte, come la tropopausa terrestre, dovrebbe in realtà fermare la salita del gas. Dopo tutto, questa regione è solitamente così fredda che il vapore acqueo dovrebbe trasformarsi in ghiaccio. In che modo, quindi, il vapore acqueo di Marte raggiunge gli strati superiori dell’aria?
Nelle loro simulazioni, i ricercatori russi e tedeschi hanno individuato un meccanismo precedentemente sconosciuto che sembra agire come una pompa. Il loro modello descrive in modo completo i flussi nell’intero inviluppo di gas che circonda Marte dalla superficie fino a un’altitudine di 160 chilometri. I calcoli mostrano che l’atmosfera media, normalmente ghiacciata, diventa permeabile al vapore acqueo due volte al giorno, ma solo in un determinato luogo e in un certo periodo dell’anno.
L’orbita di Marte gioca un ruolo decisivo in questo. Il suo percorso attorno al sole, che dura circa due anni terrestri, è molto più ellittico di quello del nostro pianeta. Nel punto più vicino al sole (che coincide grosso modo con l’estate dell’emisfero australe), Marte si trova circa 42 milioni di chilometri più vicino al sole che nel punto più lontano. L’estate nell’emisfero australe è quindi sensibilmente più calda dell’estate nell’emisfero settentrionale.
“Quando è estate nell’emisfero australe, in determinate ore del giorno, il vapore acqueo può salire localmente con masse d’aria più calde e raggiungere l’atmosfera superiore“, afferma Paul Hartogh dell’MPS, riassumendo i risultati del nuovo studio. Negli strati atmosferici superiori, i flussi d’aria trasportano il gas lungo le longitudini verso il polo nord, dove si raffredda e affonda nuovamente. Tuttavia, parte del vapore acqueo sfugge a questo ciclo: sotto l’influenza della radiazione solare, le molecole d’acqua si scompongono e l’idrogeno sfugge nello spazio.
Un’altra peculiarità marziana potrebbe confermare questo insolito ciclo idrologico: le enormi tempeste di polvere che attraversano l’intero pianeta e affliggono ripetutamente Marte a intervalli di diversi anni. Le ultime tempeste del genere si sono verificate nel 2007 e nel 2018 e sono state ampiamente documentate dalle sonde spaziali in orbita attorno a Marte. “La quantità di polvere che vortica nell’atmosfera durante queste tempeste facilita il trasporto del vapore acqueo in strati di aria alta“, afferma Alexander Medvedev dell’MPS.
I ricercatori hanno calcolato che durante la tempesta di sabbia del 2007, una quantità due volte superiore al normale di vapore acqueo abbia raggiunto l’atmosfera superiore, come durante un’estate senza tempesta nell’emisfero meridionale. Poiché le particelle di polvere assorbono la luce solare e quindi si riscaldano, le temperature nell’intera atmosfera aumentano fino a 30 gradi. “Il nostro modello mostra con una precisione senza precedenti come la polvere nell’atmosfera influisce sui processi microfisici coinvolti nella trasformazione del ghiaccio in vapore acqueo“, spiega Dmitry Shaposhnikov dell’Istituto di Fisica e Tecnologia di Mosca, primo autore del nuovo studio.
“Apparentemente, l’atmosfera marziana è più permeabile al vapore acqueo rispetto a quella della Terra“, conclude Hartogh. “Il ciclo stagionale dell’acqua appena individuato contribuisce in modo massiccio alla continua perdita di acqua di Marte” .
