Marte, trovato più vapor acqueo del previsto in atmosfera

Ciclo dell'acqua su Marte e la sua fuga nello spazio più veloce del previsto. Fonte: ESA

Nuove analisi dei dati inviati dallo spettrometro SPICAM a bordo del veicolo spaziale dell’ESA Mars Express hanno rivelato per la prima volta che l’atmosfera del pianeta è sovrasatura di vapore acqueo. Questa sorprendente scoperta ha importanti implicazioni per la comprensione del ciclo dell’acqua marziano e per l’evoluzione storica dell’atmosfera.

Anche se numerose sonde hanno visitato Marte negli ultimi cinquant’anni, ci sono in realtà pochissime misure dirette della struttura verticale dell’atmosfera del pianeta. Poiché la maggior parte degli strumenti delle sonde sono puntati verso la superficie, è stato possibile solo inferire la distribuzione orizzontale dei gas in atmosfera, lasciando quasi inesplorata la questione di come il vapore acqueo si mescoli nell’atmosfera.

Questa mancanza di misure dirette ha fatto sì che le descrizioni della distribuzione verticale del vapore acqueo – un fattore chiave per lo studio del ciclo idrologico Marte – fossero in genere basati su modelli climatici globali.

Questa mancanza è stata risolta dallo spettrometro SPICAM (Spettroscopia per l’indagine delle caratteristiche dell’atmosfera di Marte) presente sul Mars Express.

Lo strumento può essere utilizzato in modalità occultazione, quando si studia la luce del Sole che attraversa l’atmosfera del pianeta appena dopo l’alba o prima del tramonto. Le misure possono essere analizzate per generare profili di concentrazione verticale per diversi costituenti atmosferici, tra cui il vapore acqueo.

Nuovi – e sorprendenti – risultati indicano che la distribuzione verticale del vapore acqueo nell’atmosfera di Marte è molto diversa dalle precedenti ipotesi finora ritenute valide dagli scienziati.

Scrivendo sul numero di questa settimana della rivista Science, un team internazionale guidato da Luca Maltagliati del LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) a Guyancourt, in Francia, descrive le osservazioni dello SPICAM a lunghezze d’onda infrarosse che per la prima volta forniscono la prova dell’esistenza del vapore acqueo sovrasaturo su Marte.

La sovrasaturazione

L’atmosfera di Marte detiene circa 10.000 volte meno vapore acqueo rispetto all’atmosfera terrestre. Tuttavia, il vapore acqueo è un gas traccia molto dinamico e uno dei componenti più stagionalmente variabili nell’atmosfera di Marte.

In condizioni normali sulla Terra il vapore acqueo condensa intorno alla polvere o a minuscole particelle di aerosol o di sali quando la temperatura atmosferica scende sotto un certo “punto di rugiada”. L’atmosfera in queste condizioni viene detta “satura”, dato che non può trattenere altra umidità a quelle temperatura e pressione. Qualsiasi altro vapore che venisse rilasciato in eccesso oltre il “punto di rugiada” condenserebbe per formare goccioline di acqua o cristalli di ghiaccio.

Tuttavia, può verificarsi sovrasaturazione quando una parte del vapore d’acqua rimane nell’atmosfera, invece di condensare o congelarsi. Quando i nuclei di condensazione (come l’aerosol di polvere su Marte) sono troppo rari, è impossibile la condensazione,  e l’effetto è proprio la presenza di vapore in eccesso.

Fino ad oggi, è stato generalmente assunto che la sovrasaturazione non potesse esistere nella fredda atmosfera marziana: il vapore acqueo in eccesso avrebbe dovuto tramutarsi immediatamente in ghiaccio. Tuttavia, i dati di SPICAM hanno rivelato  che la sovrasaturazione si verifica di frequente nella media atmosfera – ad altitudini fino a 50 km sopra la superficie – durante la stagione dell’afelio, il periodo in cui Marte è più lontano dal Sole.

Livelli estremamente elevati di sovrasaturazione sono stati trovati su Marte, fino a 10 volte superiori quelli che si trovano sulla Terra. Chiaramente, c’è molta più acqua negli strati superiori dell’atmosfera marziana di quanto si potesse mai immaginare prima di queste osservazioni. Sembra che i modelli precedenti abbiano notevolmente sottovalutato la quantità di vapore acqueo ad altezze di 20-50 km, in quanto l’acqua risulta da 10 a 100 volte superiore a quanto previsto da questi modelli.

“La distribuzione verticale del vapor d’acqua è un fattore chiave per lo studio del ciclo idrologico di Marte e il vecchio paradigma sulla saturazione avrà bisogno di essere rivisto”, ha detto Luca Maltagliati. “La nostra scoperta ha importanti implicazioni per la comprensione del clima globale del pianeta e il trasporto di acqua da un emisfero all’altro.”

Marte perde acqua più del previsto

Sarà necessario anche rivedere i modelli secondo i quali Marte ha perso gran parte della sua acqua per diventare il pianeta arido che conosciamo. “I dati suggeriscono che molto più vapore acqueo di quanto pensassimo viene portato abbastanza in alto nell’atmosfera da essere colpito da fotodissociazione”, ha aggiunto Franck Montmessin, che lavora anch’egli presso il Latmos ed è il ricercatore principale per SPICAM e co-autore dello studio.

“La radiazione solare può dividere le molecole di acqua in atomi di ossigeno e idrogeno, che possono poi sfuggire verso lo spazio. Ciò ha implicazioni sulla velocità con cui l’acqua è stata persa dal pianeta e sull’evoluzione idrogeologica a lungo termine del Pianeta Rosso.”