Dal Viking 2 lander, la neve e il ghiaccio di Marte

Viking 2 lander - sol 961
"Courtesy NASA " processing 2di7 & titanio44

Torniamo a parlare del Viking 2 lander con la famosissima immagine della nevicata marziana.

Siamo ad Utopia Planitia e diverse sono gli scatti che ritraggono un terreno ghiacciato vicino al lander: l’immagine in apertura è un mosaico delle foto scattate dalla Camera 2 durante il sol 961 della missione Viking 2, il 18 maggio 1979 alle 14.24 ora locale, Solar Longitude Ls 289 (Ls 270 = Solstizio d’inverno). La fotocamera sta guardando a sud sud-est.

Questa foto è disponibile anche sul sito della NASA: PIA00571: Ice on Mars Utopia Planitia Again.
Nella descrizione, si fa riferimento anche ad un altro scatto ripreso circa un anno marziano prima, PIA00530: Frost on Utopia Planitia, in cui si inizia a vedere un principio di brina. In quest’altra foto, ripresa durante il sol 366, 13 settembre 1977 alle 12:59 ora locale, Solar Longitude Ls 332.5 (Ls 360/0 = Equinozio di primavera), siamo a fine inverno e il lander guarda verso nord. Quella che segue è una nostra elaborazione ottenuta dalla sovrapposizione dei filtri rosso, verde e blu.

Viking 2 lander sol 366
"Courtesy NASA " processing 2di7 & titanio44

In queste riprese, il ghiaccio appare come accumuli bianchi vicino alle rocce e nelle piccole dune. Tuttavia, ad oggi ancora non si hanno conferme sulla sua composizione: anidride carbonica o acqua?
E’ la NASA stessa a supporre che possa trattarsi di una miscela dei due dato che non sussistevano le condizioni adatte né per ottenere il ghiaccio secco né per il ghiaccio d’acqua.
Per la NASA questo strato ghiacciato è veramente sottile “spesso non più di un millesimo di pollice” (1 pollice= 2,54 centimetri).

Per una maggior chiarezza delle condizioni ambientali presenti nel momento in cui sono state scattate le immagini, riportiamo di seguito gli screenshot dell’estratto dei dati rilevati dal Viking nei sol 366 e 961 (in giallo sono evidenziati gli intervalli temporali relativi agli scatti).

Viking 2 lander - sol 366 data
Source: http://www-k12.atmos.washington.edu

Viking 2 lander - sol 961 data
NOTA: per il sol 961 non sono disponibili i dati atmosferici e quindi abbiamo riportato un intervallo più ampio
considerando sia il sol precedente che quello successivo, nell’ottica di avere comunque un’idea dell’andamento.
Source: http://www-k12.atmos.washington.edu

A questo punto, potremmo fare una serie di considerazioni basate sui diagrammi di fase dell’acqua e dell’anidride carbonica che, pur essendo un ottimo strumento didattico, a nostro avviso diventano una sommaria interpretazione se utilizzati per analizzare un ambiente diverso da quello terrestre.

Senza voler scendere troppo nel dettaglio in questo post, dato che l’argomento è estremamente vasto e meriterebbe una trattazione a sé, è sufficiente sottolineare che su Marte c’è un elemento generalmente tenuto poco in considerazione: la gravità, che è circa un terzo rispetto a quella presente sulla Terra.

Se da una parte la pressione atmosferica agisce insieme alla temperatura, giocando un ruolo importante nella modifica dello stato di una sostanza, c’è da tener presente che, le due grandezze fisiche agiscono in un ambiente dove la struttura molecolare è già diversa, a causa di una differente forza di gravità.
Senza contare poi, che l’acqua, nello specifico, è una sostanza estremamente particolare, basta pensare al suo comportamento in assenza di gravità a bordo della Stazione Spaziale Internazionale: la tensione superficiale agisce tra le molecole permettendo all’acqua di fluttuare liquida nello spazio, a gravità zero, alla temperatura ambientale della ISS.

Nonostante i dati standard non forniscano risposte certe, tenendo conto di quanto scritto fin qui, riteniamo che il ghiaccio fotografato dalla Viking 2 possa effettivamente essere un ghiaccio d’acqua e come più volte abbiamo sostenuto, l’acqua allo stato liquido esiste ancora oggi sulla superficie del Pianeta Rosso per brevi periodi e in particolari condizioni. Tenendo anche presente che non stiamo parlando di acqua pura ma di acqua con sali disciolti, che ne modificano le proprietà fisiche e il punto di congelamento.

A questo proposito molte sono le discussioni circa la presenza di acqua passata su Marte: quanta ce ne era e per quanto tempo?
Alcuni sistemi di valli fluviali suggeriscono che l’acqua scorreva abbondate per un lungo periodo ma altri modelli storici climatici di Marte dicono che l'ambiete favorevole all'acqua liquida in superficie, sarebbe stato relativamente breve. E allora, come può l’acqua aver eroso in poco tempo, chiaramente in termini geologici, lasciando le tracce che vediamo oggi?

Sicuramente Marte aveva un’atmosfera diversa, più densa e meno rarefatta, con una pressione atmosferica superiore a quella attuale.

L’atmosfera di un pianeta è condizionata da due fattori: la velocità di fuga e la temperatura, dove la velocità di fuga è, per definizione, la velocità per la quale un corpo di una certa massa riesce a sfuggire completamente all'attrazione gravitazionale di un altro.
Le molecole di un gas sopra lo zero assoluto, sono in costante movimento: aumentando la temperatura aumenta l'agitazione delle molecole.
Se l'energia gravitazionale del pianeta è minore dell'energia termica del gas, allora esso è destinato a perdersi nello spazio; viceversa, se l'energia gravitazionale è maggiore dell'energia termica del gas, allora una buona parte di esso può rimanere attorno al pianeta. Dall’altra parte, gravità e temperatura si contrastano a vicenda: se le basse temperature tendono ad avvicinare le molecole, una minore gravità tende ad allontanarle. Senza contare altri fattori che possono entrare in gioco come le particella cariche provenienti dallo spazio, i raggi UV che sono abbastanza energetici tanto da ionizzare e dissociare molecole e così via.

Se l'atmosfera di Marte è sicuramente variata, la sua gravità è rimasta però più o meno costante, come la sua massa.

Questo ci porta ad ipotizzare che, se l’acqua scorreva allo stato liquido sulla superficie del Pianeta Rosso, non era come quella che siamo abituati a vedere sulla Terra ma era un’acqua torbida, un’acqua che a causa di una gravità minore portava con sé in sospensione sali e particelle. I sali la rendevano chimicamente aggressiva, come il nostro mare, mentre le polveri, che a causa di una gravità minore non riuscivano a depositarsi, la rendevano meccanicamente più abrasiva.
Riflessioni, queste, sul Marte del passato che troveranno spazio in articoli ad hoc vista la molteplicità delle tematiche affrontate.

Tornando, quindi, al ghiaccio vicino al Viking, vogliamo ricordare i freschi crateri fotografati dalla camera HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) che, a seguito dell’impatto espongono il ghiaccio presente sotto la superficie del pianeta.
Parliamo di crateri profondi da mezzo metro a 2,5 metri che lasciano intendere che il ghiaccio è presente poco sotto il primo strato di suolo marziano, anche a latitudini inferiori rispetto a quelle ipotizzate, tra il polo nord e l’equatore.
Dalle foto orbitali sembra che siano sufficienti appena tre mesi affinché, il ghiaccio inizialmente esposto, scompaia quasi definitivamente, sublimando per gli scienziati, o ricoperto dalla polevere, aggiungiamo noi. Quello che ad ogni modo è interessante, è che lo spettrometro CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) sia riuscito a confermare la firma spettrale del ghiaccio d’acqua.

Credit: NASA/JPL/University of Arizona

Nella mappa sono riportati i cinque crateri da impatto studiati con le relative profondità del ghiaccio d’acqua.
Da notare, l’impatto vicino al sito di atterraggio del Viking 2 lander: secondo le recenti scoperte, gli scienziati credono che se il Viking avesse scavato con la sua paletta solo 10 centimetri di terreno, avrebbe trovato ghiaccio d’acqua.

In ultimo, ci preme ricordare che l’episodio fotografato dal Viking potrebbe non essere il solo ad evidenziare una copiosa nevicata o gelata su Marte nelle zone prossime all'equatore. A tal proposito segnaliamo le immagini di Opportunity dei sol 2785 - 2789 e 2827, scattate dal rover nel tardo autunno marziano.

OPPORTUNITY ice sequence from sol 2785 to sol 2789
"Courtesy NASA/JPL-Caltech." processing 2di7 & titanio44

OPPORTUNITY ice sequence from sol 2785 to sol 2789
"Courtesy NASA/JPL-Caltech." processing 2di7 & titanio44

OPPORTUNITY sol 2827
"Courtesy NASA/JPL-Caltech." processing 2di7 & titanio44