Ghiacciai su Marte: alla ricerca del ghiaccio Understand article

Tradotto da Anna Asti. Uno degli interessi principali degli scienziati nella ricerca su Marte è l’acqua. C’è acqua su Marte?

Immagine a colori reali di
Marte. L’immagine è stata
scattata nel 2007 a una
distanza di circa 240 000
km; la risoluzione è di 5
km/pixel.

Immagine gentilmente
concessa da ESA 2007 MPS per
l’ OSIRIS Team MPS/UPD/ LAM/
IAA/ RSSD/ INTA/ UPM/ DASP/
IDA

All’ora prevista il modulo orbitante, volando a circa 300 km di altitudine e a una velocità di 3,5 km.s-1, ha messo a fuoco la superficie dell’ arido, freddo pianeta rosso e aperto l’otturatore della fotocamera complessa e precisa. Una nuova immagine della superficie marziana, e gigabytes di dati, sono stati registrati contemporaneamente. Questo processo è stato ripetuto molte volte nelle decadi recenti da diversi moduli orbitanti, di atterraggio e roverw1che sono stati inviati sul pianeta a noi più vicino. Ogni nuova immagine e insieme di dati amplia l’immenso databasew2,w3 di informazioni su Marte. Scienziati da tutto il mondo usano queste risorse per studiare le caratteristiche chimiche, fisiche, climatiche e il contesto geologico del pianeta allo scopo di capire qualcosa di più su come Marte – ma anche la Terra – si è evoluto.

Quest’ampia disponibilità di immaginiw4 e di dati è uno dei fenomeni più sorprendenti della storia della scienza mai prima esperti così numerosi hanno condiviso così tante informazioni e prodotto modelli e risultati così numerosi.

 

Conosci la composizione delle calotte polari marziane?

La calotta polare settentrionale è formata principalmente da H2O La calotta polare settentrionale è formata principalmente da H2O ghiacciata e COghiacciata.

 

Acqua e ghiaccio su Marte

Uno degli interessi principali degli scienziati nella ricerca su Marte è l’acqua. C’è acqua su Marte? Dove si trova? È allo stato liquido o ghiacciata? In passato c’erano oceani, mari, laghi e fiumi su Marte? Come sono scomparsi? La loro scomparsa è correlata al clima passato e presente del pianeta? E ancora: c’è, o c’era, vita su Marte? Potranno gli esseri umani viverci un giorno?

Terreno poligonale vicino
alla calotta polare
settentrionale di Marte,
dove il ghiaccio d’acqua è
stato osservato a pochi
centimetri sotto la superficie.

Per gentile concessione di
NASA/JPL/University of Arizona

Grazie ai dati acquisiti dai moduli orbitanti, di atterraggio e roverw5 sappiamo che milioni di anni fa Marte aveva acqua allo stato liquido – che scorreva in superficie, riempiva i bacini formatisi nei crateri d’impatto, formava laghi, scendeva dai pendii dei fianchi di alcuni vulcani, dalle colline alle pianure marziane, dove poteva esistere un oceano esteso (noto con il nome di Oceanus Borealis).

L’acqua allo stato solido è un tipo diverso di materiale. Le calotte polari su Marte sono state identificate dai telescopi e sono chiaramente riconoscibili nelle immagini scattate dai moduli orbitanti w6, e terreni ghiacciati sono stati confermati in parecchi punti sulla superficie del pianeta, grazie essenzialmente alle immagini ottenute dalla missione Phoenix della NASA ad alte latitudini. Le basse temperature del pianeta lungo tutto il corso dell’anno, misurate da diversi moduli di superficie e rover (come Viking I and II, Mars Pathfinder, Spirit, Opportunity eCuriosity, che è arrivato su Marte nell’agosto del 2012), confermano che il ghiaccio è stabile a tutte le latitudini. Infatti, la temperatura media di Marte è circa -80ºC durante il giorno; all’Equatore, i pendii soleggiati in estate a mezzogiorno possono raggiungere una temperatura superficiale di 15 °C.

Studiando i ghiacciai marziani

Oggi la ricerca sul ghiaccio marzianow7 si focalizza sul trovare l’evidenza della presenza di ghiaccio e caratteristiche correlate alla presenza di ghiaccio usando nuove immagini ad alta risoluzione (fino a 35 cm/pixel) ottenute dalle missioni attive della NASA e dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il nostro gruppo di ricerca ha focalizzato l’attenzione sul versante nord-ovest del vulcano Hecates Tholus nella regione Elysium di Marte, a latitudini tropicali dell’emisfero settentrionale. Abbiamo analizzato tutte le immagini rese disponibili dai diversi moduli orbitanti che coprivano questa regione (con risoluzioni spettrali, temporali e spaziali diverse), e osservato alcune caratteristiche che secondo noi erano state causate dall’erosione glaciale o dalla sedimentazione: morene, crepacci, rocce e circhi glaciali, pianure alluvionali, eskers, drumlins o creste, tra tuttiw9.

Le nostre considerazioni erano basate sul confront tra le formazioni marziane (i rilievi osservati su Marte) e la morfologia terrestre sulle Alpi, in Islanda o in Antartide, dove abbiamo condotto un lavoro sul campo alla ricerca di analoghi terrestri. Abbiamo anche utilizzato il metodo scientifico con ‘molteplici ipotesi di lavoro’ per scartare altri processi che sono in grado di produrre caratteristiche simili come l’origine delle formazioni marziane che osserviamo. In seguito, dopo mesi di lavoro di fronte al computerw8 e sui viaggi di campo diverse, e grazie alle immagini satellitari e topografiche, dati spettrali e termici, abbiamo effettuato una descrizione dettagliata, la mappatura e la determinazione dell’età delle formazioni osservate sul fianco del vulcano marziano. La nostra prima conclusione, sulla base della lunga lista di caratteristiche glaciali correlate con il vulcano Hecates Tholus, è che una quantità importante di ghiaccio è esistita per un lungo periodo, formando ghiacciai che scorrevano lungo i pendii, scolpendo i fianchi dell’edificio vulcanico.

 

Lo sapevate che i vulcani marziani avevano dei ghiacciai?

Molti vulcani marziani mostrano rilievi sui loro fianchi che sono causati da flussi di ghiaccio glaciale – proprio come li vediamo sulla Terra. Tali vulcani si trovano non a latitudini polari ma tropicali. Olympus Mons, Ascraeus Mons e Hecates Tholus sono esempi di vulcani con ghiacciai, simili al monte Kilimanjaro (Tanzania) e al Cotopaxi (Ecuador) sulla Terra.

 

Lo sapevate che Marte ha avuto delle ere glaciali?

Il conteggio dei crateri ha fornito la prova di attività glaciale, sia antica (più di 1000 milioni di anni fa) che recente (meno di 2 milioni di anni fa). I periodi freddi della storia di Marte sono legati alle variazioni orbitali (principalmente modifiche all’angolo dell’asse di rotazione) – proprio come la Terra, dove i cicli orbitali hanno determinato la maggior parte del cambiamento climatico Quaternario, come scoperto da Milutin Milankovic nel 1922!

 

Le analogie tra le formazioni marziane su Hecates Tholus (A) e formazioni terrestri a Deception Island, Antartide (B) aiutano gli scienziati a dedurre la loro origine – in questo caso si osservano creste glaciali nelle immagini (frecce nere).
Per gentile concessione di HiRISE/UA/NASA e DigitalGlobe

Il problema è che… Non riusciamo a trovare ghiaccio da nessuna parte! Tuttavia possiamo vedere alcune caratteristiche glaciali che sappiamo non possono resistere a lungo dopo che il ghiaccio si è sciolto. È il caso dei crepacci: le fratture nel ghiacciaio scompaiono quando il ghiaccio si scioglie o sublima. Non abbiamo visto ghiaccio in questa parte di Marte, ma abbiamo potuto riconoscere i crepacci scolpiti nello strato di polvere che ricopre il ghiaccio. Per questo motivo, la nostra seconda conclusione è che il ghiaccio causando ampie distese di formazioni glaciali deve essere ancora sotto la superficie – o si è sciolto molto, molto di recente.

Attraverso il conteggio dei crateri (si veda il riquadro sottostante), abbiamo anche calcolato l’età dei diversi depositi glaciali che abbiamo osservato sulle immagini. Abbiamo trovato un’ampia gamma di età – dai 1000 milioni di anni ai 350 000 anni – che significa che il vulcano Hecates Tholus ha avuto una lunga storia in cui i ghiacciai hanno lentamente scolpito il fianco nord-occidentale. Infatti, abbiamo ipotizzato l’esistenza di periodi freddi, in cui le lingue di ghiaccio coprivano una parte importante del vulcano e dei suoi dintorni, e anche periodi più caldi, in cui i ghiacciai erano più piccoli e solo alcune parti del fianco coperte, come oggi.

 

Sapete come gli scienziati stimano l’età della superficie di Marte?

È semplice ed efficace: contano I crateri lasciati dai meteoriti dopo il loro impatto sulla superficie di Marte – e di ogni altro pianeta o luna. Un’alta densità di crateri corrisponde a vecchie superfici, mentre una bassa densità di crateri corrisponde a superfici giovani.

 

Cliccare sull’immagine per
ingrandirla. La sezione della
calotta polare settentrionale
ghiacciata di Marte, sulla
base dei dati del radar di
penetrazione nel terreno
che mostrano gli strati di
ghiaccio e di sedimenti.

Per gentile concessione di
NASA /ESA/JPL-Caltech/
Università di Roma/Washington
University di St. Louis

Sviluppi futuri

Stiamo programmando di ripetere I nostril studi osservativi in alter regioni vulcaniche di Marte per vedere se esistono gli stessi modelli e farci un’idea migliore della distribuzione dei ghiacciai e del ghiaccio su Marte. Questi studi amplieranno le nostre conoscenze del clima, la sua evoluzione e le caratteristiche del nostro pianeta più vicino. La presenza di caratteristiche glaciali su edifici vulcanici potrebbe anche segnalarci la localizzazione dei siti dove la vita, se esistesse, avrebbe trovato acqua e calore per sopravvivere, anche nell’ambiente freddo e secco di Marte.

I prossimi studi useranno un nuovo tipo di strumento: il radar di penetrazione. Questa tecnica ci permette di misurare le proprietà dei materiali sotto la superficie e studiarne i cambiamenti: se c’è il ghiaccio sotto la superficie, dovrebbe essere distinguibile nei dati radar, proprio come abbiamo osservato nelle calotte polari marziane. Dati radar della NASA e dell’ESA ci permetteranno di confermare le nostre interpretazioni delle osservazioni dei ghiacciai dell’Hecates Tholus e altre aree del pianeta rosso, grazie ad uno sforzo moderno, collaborativo e interplanetario per promuovere la scienza.

 

Lo sapevate che l’acqua liquida non è stabile su Marte?

Tutta l’acqua che è stata trovata su Marte esiste allo stato gassoso o solido. La pressione atmosferica di Marte è molto bassa (circa 6 mbar, rispetto alla media della Terra di 1013 mbar) e al di sotto del minimo richiesto per la stabilità acqua allo stato liquido.

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References

  • De Pablo MA, Centeno JD (2012) Geomorphological map of the lower NW flank of the Hecates Tholus volcano, Mars (scale 1:100,000). Journal of Maps 8: 208-214

Web References

  • w1 – NASA’s Mars Exploration Missions website fornisce informazioni su tutte le missioni passate, presenti e future su Marte di diverse nazioni e agenzie spaziali.
  • w2 – Il Planetary Science Archive dell’ESA immagazzina dati delle missioni planetarie e dell’Universo. È liberamente utilizzabile.
  • w3 – NASA’s Planetary Data System immagazzina dati delle missioni planetarie e dell’Universo. È liberamente utilizzabile.
  • w4 – L’ All Mars images webpage dell’Arizona State University (USA) mostra tutte le immagini di Marte acquisite dalla missione Viking dei tardi anni settanta. Una risorsa facilmente utilizzabile.
  • w5 – Il Mars Orbital Data Explorer ha un semplice strumento di ricerca per trovare i dati di ogni missione su Marte.
  • w6 – Il THEMIS della Mars Odyssey ha generato molte immagini che possono essere ricercate per argomento (compresi argomenti ghiaccio-correlati). Il sito è utile per l’apprendimento e lo sviluppo delle attività didattiche.
  • w7 – Il sito internet Mars Ice Consortium contiene i collegamenti a risorse educative gratuite su Marte di diverse istituzioni.
  • w8 – JMars è un Sistema Informativo Geografico freeware e multipiattaforma che viene utilizzato da scienziati planetari per visualizzare diversi tipi di dati da Marte, come le immagini, la topografia, la spettrometria e molti altri dati. Il sito richiede una registrazione gratuita.
  • w9 – Puoi ricercare terminologia e foto correlate con il ghiaccio sul Glaciers online photo glossary per l’istruzione secondaria

Resources

  • Il software gratuito di Google Earth consente ai visitatori di visualizzare le immagini a diverse risoluzioni e scale non solo della Terra, ma anche di Marte (e della Luna) e può essere usato per fare un’analisi comparativa.
  • La pagina web Google Mars contiene una semplice mappa di Marte con la topografia e mosaici di immagini scattate con luce visibile o agli infrarossi.
  • Per saperne di più sulla storia e l’evoluzione di Marte, si veda:
    • Forget C, Costard F, Lognonné P (2006) Planet Mars: story of another world. Chichester, UK: Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-0387489254

  • Avete mai pensato di visitare Marte? Questo libro potrebbe darvi dei buoni suggerimenti:
    • Hartmann WK (2003) A travelers’ guide to Mars. USA:Workman Publishing Company. ISBN: 978-0761126065

  • Per saperne di più sulla storia dell’acqua su Marte, si veda:
    • Carr MH (1996) The water on Mars. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 978-0195099386

  • Per saperne di più sulla geologia di Marte, si veda:
    • Carr MH (2006) The surface of Mars. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN: 978-0521872010

  • Per saperne di più sull’evoluzione del clima su Marte, e di come fosse umido e caldo, si legga:
    • Kargel JS (2004) Mars: a warmer and wetter planet. Chichester, UK:Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-1852335687

Author(s)

Miguel Ángel de Pablo è professore associato all’Università di Alcalá a Madrid in Spagna. È un geologo e ha focalizzato i suoi interessi su Marte fin dal 1996: è esperto di cartografia geologica e geomorfologica, vulcanesimo e ghiacciai, che ha studiato in Islanda e Antartide. È anche un membro del Team scientifico del Mars Science Laboratory della NASA su Curiosity.

Juan D. Centeno è professore associate all’Università Complutense a Madrid, Spagna. Anche lui è un geologo con più di 25 anni di esperienza nell’insegnamento della geomorfologia e della geologia ambientale e nello studio dei paesaggi glaciali, periglaciali e granitici in tutto il mondo.

Miguel e Juan stanno ora lavorando insieme per studiare le morfologie glaciali sui fianchi del vulcano Hecates Tholus di Marte.


Review

Questo articolo è interessante perchè student e insegnanti possono capire che oggi si può fare ricerca se si spendono molte ore interrogando banche dati internazionali gratuite, se si confrontano molte immagini e, naturalmente, se si dispone delle dovute competenze in un settore scientifico. Quindi è possibile formulare una teoria che deve essere dimostrata da un’altra ricerca e così via. I collegamenti supplementari e le risorse educative possono essere il punto di partenza per progetti di apprendimento basati sull’indagine con titoli come questi: Terra e Marte Somiglianze, Studiare il pianeta Marte o Vita su Marte.


Corina Lavinia Toma, Computer Science High School “Tiberiu Popoviciu” Cluj Napoca, Romania




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