Nel XVII secolo, gli astronomi Giovanni Domenica Cassini e Christian Huygens notarono la presenza di cappucci bianchi velati mentre studiavano le regioni polari di Marte. Queste scoperte confermarono che Marte possedeva calotte di ghiaccio in entrambe le regioni polari, simili a quelle terrestri. Nel XVIII secolo, gli astronomi iniziarono a osservare come la dimensione di questi poli variava a seconda della posizione di Marte nel suo ciclo orbitale. Oltre a scoprire che l’asse di Marte era inclinato come quello della Terra, gli astronomi si resero conto che le calotte di ghiaccio polare di Marte subivano cambiamenti stagionali, proprio come quelle della Terra.
Sebbene gli scienziati siano a conoscenza del fatto che le calotte di ghiaccio polare di Marte cambiano con le stagioni, solo negli ultimi 50 anni hanno capito che sono composte principalmente da anidride carbonica congelata (alias “ghiaccio secco”) che cicla dentro e fuori dall’atmosfera, e rimangono domande su come avviene questo. In uno studio recente, un team di ricercatori guidato dall’Istituto di Scienze Planetarie (PSI) ha sintetizzato decenni di ricerche con osservazioni più recenti dei poli. Da questo, hanno determinato come i poli marziani differiscano in termini di accumulo stagionale e rilascio di anidride carbonica atmosferica.
Il team era guidato dalla Dr.ssa Candice Hansen, una scienziata senior dell’Istituto di Scienze Planetarie (PSI) e membro del team di imaging HiRISE. Era accompagnata da ricercatori del Laboratorio Lunare e Planetario (LPL) dell’Università dell’Arizona, dell’Università del Nevada, del Centro di Scienze Astrogeologiche del Servizio Geologico degli Stati Uniti (USG-ASC), del Laboratorio di Fisica Atmosferica e Spaziale della UC Boulder, IUCLA, del Centro di Ricerca Astrofisica della Queen’s University di Belfast, del Centro Aero-Spaziale Tedesco (DLR) e del Jet Propulsion Laboratory della NASA. L’articolo che dettaglia i loro risultati è apparso recentemente nella rivista Icarus.
La calotta di ghiaccio polare meridionale di Marte fotografata dalla camera HRSC sulla Mars Express dell’ESA. Credito: ESA/DLR/FU Berlino.
Per il loro studio, Hansen e i suoi colleghi si sono basati su dati acquisiti da orbiter marziani negli ultimi decenni. Hanno quindi confrontato questi dati con osservazioni più recenti dello strumento High-Resolution Imaging Experiment (HiRISE) sul Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Questo ha permesso loro di monitorare la crescita e la recessione delle calotte di ghiaccio marziane, che ciclicamente influenzano circa un quarto dell’atmosfera planetaria durante un anno marziano. L’obiettivo finale era apprendere di più sui processi che modellano la superficie del pianeta e l’ambiente generale. Come ha riassunto Hansen in un comunicato stampa del PSI:
“Tutti sanno che c’è una differenza in come l’anidride carbonica interagisce con i poli, ma quante persone comprendono il perché? Questo era ciò che intendevo descrivere. E fortunatamente, ho un gruppo di coautori davvero talentuosi pronti a contribuire con i propri pezzi.”
Come la Terra, Marte subisce cambiamenti stagionali a causa della sua inclinazione assiale, di circa 25 gradi rispetto al piano orbitale, rispetto ai 23,5 gradi della Terra. Ma poiché Marte ha un periodo orbitale molto più lungo (~687 giorni), le stagioni durano circa il doppio di quanto avvenga qui sulla Terra. Inoltre, Marte ha una maggiore eccentricità orbitale – circa il 9% rispetto all’1,7% – il che significa che la sua orbita è più ellittica. Per questo motivo, Marte è più lontano dal Sole quando l’emisfero settentrionale vive la primavera e l’estate, mentre il sud sperimenta l’autunno e l’inverno.
Ciò implica che l’estate nell’emisfero meridionale è più breve (mentre l’inverno è più lungo a nord), coincidente con la stagione delle tempeste di polvere. Di conseguenza, la calotta polare settentrionale presenta una concentrazione di polvere superiore rispetto a quella meridionale. “Quindi, alla fine, l’autunno e l’inverno meridionali portano il maggior freddo e la pressione atmosferica più bassa poiché gran parte dell’atmosfera si congela come ghiaccio secco,” ha affermato Hansen. “Questi sono i principali fattori che influenzano le differenze nel comportamento stagionale dell’anidride carbonica tra gli emisferi. Non sono stagioni simmetriche.”
Le dune Barchan di Marte, catturate dalla camera HiRISE del MRO. Credito: NASA/ HiRISE/MRO/LPL (UofA).
Ci sono anche differenze significative in termini di elevazione tra gli emisferi settentrionale e meridionale, ovvero le Basse Terre Settentrionali e gli Alti Terreni Meridionali. Le differenze tra il terreno polare settentrionale e meridionale influenzano anche il cambiamento stagionale. Ad esempio, i ventilatori di polvere nera sono distribuiti attraverso il paesaggio meridionale, risultanti dalla sublimazione del ghiaccio secco e creando pennacchi di polvere. Come ha spiegato Hansen:
“Uno strato di ghiaccio di anidride carbonica si accumula in autunno nell’emisfero meridionale e nel corso dell’inverno si ispessisce e diventa traslucido. Poi in primavera, il sole sorge e la luce penetra in questo strato di ghiaccio fino in fondo, riscaldando il terreno sottostante. Ora, il gas è intrappolato sotto pressione. Andrà a cercare qualsiasi punto debole nel ghiaccio e si romperà come un tappo di champagne.”
Una volta che il gas trova un punto debole e rompe il ghiaccio, espelle pennacchi di polvere scura nell’atmosfera. La polvere viene dispersa in direzioni diverse a seconda della direzione del vento e si deposita in accumuli a forma di ventaglio. Questo processo modella il paesaggio creando canali di gola, colloquialmente chiamati “ragni” (araneiformi) per la loro somiglianza con gli aracnidi. Mentre l’emisfero settentrionale vive anche pennacchi di polvere in primavera, il terreno relativamente pianeggiante provoca la formazione di caratteristiche simili a dune. Ha detto Hansen:
“Quando il sole sorge e inizia a sublimare la parte inferiore dello strato di ghiaccio, ci sono tre punti deboli: uno alla cima della duna, uno in fondo alla duna dove incontra la superficie e poi il ghiaccio stesso può rompersi lungo il pendio. Non sono stati rilevati terreni araneiformi a nord perché, sebbene si sviluppino solchi superficiali, il vento liscia la sabbia sulle dune.”
Queste scoperte dimostrano che Marte è un luogo attivo, non solo nel corso di eoni, ma anche in modo stagionale e persino quotidiano.
Ulteriori letture: PSI, Icarus