Marte: con il mistero del metano ancora irrisolto, Curiosity ne serve agli scienziati uno tutto nuovo: l’ossigeno
I ricercatori ancora non hanno capito da cosa dipendono i picchi stagionali di concentrazione del metano su Marte e Curiosity ora ha servito loro un nuovo mistero: Tutti gli anni si ripetono picchi inspiegabili nella concentrazione di ossigeno nell'aria del Gale Crater. Per ora, gli scienziati brancolano nel buio.
Per la prima volta nella storia dell’esplorazione di Marte, gli scienziati hanno misurato i cambiamenti stagionali nei gas che che compongono l’atmosfera direttamente sopra la superficie del cratere Gale.
I risultati sono stati sconcertanti: l’ossigeno, il gas che quasi tutte le creature terrestri usano per respirare, si comporta in un modo che finora gli scienziati non sono in grado di spiegare attraverso alcun processo chimico noto.
Durante gli ultimi tre anni marziani (quasi sei anni terrestri), uno strumento nel laboratorio di chimica portatile Sample Analysis at Mars (SAM) posto all’interno del rover Curiosity della NASA ha “annusato” l’aria del cratere Gale e ne ha analizzato la composizione.
I risultati del SAM hanno confermato la composizione dell’atmosfera marziana in superficie: 95% in volume di anidride carbonica (CO2), 2,6% azoto molecolare (N2), 1,9% argon (Ar), 0,16% ossigeno molecolare (O2) e monossido di carbonio (CO) 0,06%. Hanno anche rivelato come le molecole nell’aria marziana si mescolano e circolano con i cambiamenti della pressione dell’aria durante tutto l’anno. Questi cambiamenti sono causati dalla CO2, infatti questo gas si congela sui poli in inverno, riducendo così la pressione dell’aria in tutto il pianeta. Quando la CO2 evapora nell’atmosfera, in primavera e in estate, la pressione dell’aria torna ad aumentare.
Nell’aria presente sul cratere Gale, gli scienziati hanno scoperto che l’azoto e l’argon seguono un modello stagionale prevedibile, crescendo e calando in concentrazione nel cratere Gale durante tutto l’anno rispetto alla quantità di CO2 presente nell’aria.
I ricercatori si aspettavano che l’ossigeno si comportasse nello stesso modo ma, durante la primavera e l’estate, la quantità di questo gas nell’aria è aumentata di ben il 30%, per poi tornare ai livelli previsti in autunno. Questo schema si ripete ogni primavera, anche se la quantità di ossigeno aggiunta all’atmosfera varia.
L’implicazione immediata di questa osservazione è che qualcosa lo produca o lo rilasci per poi riassorbirlo.
“Quando ce ne siamo accorti, siamo rimasti allibiti“, ha dichiarato Sushil Atreya, professore di scienze climatiche e spaziali all’Università del Michigan ad Ann Arbor. Atreya è coautore di un articolo su questo argomento pubblicato il 12 novembre nel Journal of Geophysical Research: Planets.
Non appena gli scienziati hanno scoperto l’enigma dell’ossigeno, gli esperti di Marte si sono messi al lavoro cercando di spiegarlo. Prima hanno verificato due volte e tre volte l’accuratezza dello strumento del SAM utilizzato per misurare i gas: lo spettrometro di massa quadrupolo: Lo strumento è risultato essere perfettamente funzionante.
A questo punto, i ricercatori hanno considerato la possibilità che le molecole di CO2 o di acqua (H2O) potrebbero rilasciare ossigeno quando si scindono nell’atmosfera, portando a un aumento di breve durata. Ma occorrerebbe cinque volte più acqua sulla superficie di Marte per produrre tutto quell’ossigeno in più e la CO2 si scinde troppo lentamente per generarne così tanto in così poco tempo.
E come spiegare la successiva riduzione dell’ossigeno?Le radiazioni solari potrebbero aver scisso le molecole di ossigeno in due atomi che sono poi andati dispersi nello spazio?
No, hanno concluso gli scienziati, dal momento che occorrerebbero almeno 10 anni affinché quella quantità di ossigeno scompaia attraverso questo processo.
“Stiamo cercando una spiegazione“, ha detto Melissa Trainer, scienziata planetaria presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, che ha guidato questa ricerca. “Il fatto che il comportamento dell’ossigeno non si ripeta nello stesso modo ad ogni stagione ci fa pensare che la questione non dipenda dalla dinamica atmosferica. Deve esserci una fonte chimica che non possiamo ancora spiegare“.
Per gli scienziati che studiano Marte, la storia dell’ossigeno è curiosamente simile a quella del metano. Il metano è costantemente nell’aria all’interno del Gale Crater in così piccole quantità (0,00000004% in media) che è appena percettibile anche dagli strumenti più sensibili su Marte. Tuttavia, è stato misurato dallo spettrometro laser sintonizzabile SAM. Lo strumento ha rivelato che la concentrazione del metano sale e scende stagionalmente, ma aumenta di oltre il 60% nei mesi estivi per ragioni ancora inspiegabili (In effetti, il metano aumenta anche in modo casuale e drammatico. Gli scienziati stanno cercando di capire perché).
Con le nuove scoperte sull’ossigeno, il team della Trainer si sta chiedendo se vi sia un collegamento tra ciò che provoca le variazioni stagionali del metano e ciò che le provoca per l’ossigeno.
Almeno occasionalmente, i due gas sembrano fluttuare in tandem.
Credito: Melissa Trainer / Dan Gallagher / NASA Goddard
“Stiamo iniziando a vedere questa allettante correlazione tra metano e ossigeno per buona parte dell’anno su Marte“, ha detto Atreya. “Penso che ci sia qualcosa. Non ho ancora le risposte. Nessuno lo sa“.
L’ossigeno e il metano possono essere prodotti sia biologicamente (dai microbi, ad esempio) che abioticamente (dalla chimica relativa all’acqua e alle rocce).
Gli scienziati stanno prendendo in considerazione tutte le opzioni, anche se non hanno prove convincenti di attività biologica su Marte.
Curiosity non è dotato di strumenti in grado di dire definitivamente se la fonte del metano o dell’ossigeno su Marte sia biologica o geologica. Gli scienziati si aspettano che le spiegazioni non biologiche siano più probabili e stanno lavorando per comprenderle appieno.
Il team di ricercatori ritiene che il suolo marziano possa essere l fonte dell’ossigeno extra primaverile. Dopotutto, è noto che il suolo di Marte è ricco di questo elemento, sotto forma di composti come il perossido di idrogeno e perclorati.
Un esperimento effettuato dai lander Viking ha mostrato decenni fa che il calore e l’umidità possono provocare il rilascio di ossigeno dal suolo marziano. Ma quell’esperimento ebbe luogo in condizioni molto diverse dall’ambiente esterno marziano, e non spiega la caduta improvvisa autunnale della concentrazione dell’ossigeno, tra gli altri problemi.
Non sono disponibili altre spiegazioni, per ora. Ad esempio, le radiazioni ad alta energia che colpiscono il suolo potrebbero indurre il rilascio di O2 nell’aria, ma ci vorrebbero un milione di anni per rilasciare abbastanza ossigeno dal suolo per giustificare la concentrazione misurata in una sola primavera, come riportano i ricercatori nel loro articolo.
“Non siamo ancora stati in grado di elaborare un processo che produca la quantità di ossigeno rilevata, ma pensiamo che debba essere qualcosa nel suolo superficiale che cambia stagionalmente perché non ci sono abbastanza atomi di ossigeno disponibili nell’atmosfera per giustificare il comportamento che vediamo“, ha affermato Timothy McConnochie, assistente ricercatore presso l’Università del Maryland a College Park e un altro coautore del documento.
Credito: Melissa Trainer / Dan Gallagher / NASA Goddard
Gli unici veicoli inviati su Marte dotati di strumenti in grado di misurare la composizione dell’aria marziana vicino al suolo furono i lander gemelli Viking della NASA, che scesero sul pianeta nel 1976.
Gli esperimenti dei due lander coprirono solo pochi giorni marziani, quindi non poterono rivelare modelli stagionali dei diversi gas. Le nuove misurazioni SAM sono le prime a farlo. Il team SAM continuerà a misurare i gas atmosferici in modo che gli scienziati possano raccogliere dati più dettagliati durante ogni stagione. Nel frattempo, Trainer e il suo team sperano che altri esperti di Marte lavoreranno per risolvere il mistero dell’ossigeno.
