Atmosfera di Marte: composizione, pressione, polvere e il mistero del metano
Atmosfera di Marte: composizione, pressione, polvere e il mistero del metano — scopri anidride carbonica, pressione bassa, polveri fini e le possibili origini del metano.
Composizione e struttura
L'atmosfera di Marte è lo strato di gas che circonda Marte. È costituita principalmente da anidride carbonica. La pressione atmosferica media della superficie marziana (6,0 mbar) è molto più bassa di quella della Terra (1.013 mbar). La pressione è ben al di sotto del limite di Armstrong, il che significa che l'acqua bolle alla normale temperatura del corpo umano: 98,6 °F (36,6 °C).
L'atmosfera marziana contiene il 96% di anidride carbonica, l'1,9% di argon, l'1,9% di azoto e tracce di ossigeno, monossido di carbonio, acqua e metano, e così via. Fin dalla scoperta del metano nel 2003, gli scienziati dicono che questo potrebbe indicare la vita. È stato anche suggerito che possa essere causata da processi geochimici, da attività vulcanica o idrotermale.
Oltre ai componenti chimici, l'atmosfera ha una struttura verticale con una troposfera (dove avvengono la maggior parte dei fenomeni meteorologici), una sottile stratosfera e uno spesso esospazio dove i processi di fuga atmosferica sono più attivi. La temperatura media superficiale è intorno a −60 °C, ma varia moltissimo: può scendere sotto −125 °C ai poli in inverno e salire oltre 20 °C in giorni estivi molto caldi vicino all'equatore. La pressione superficiale presenta anche variazioni stagionali significative (fino a circa il 25%) perché grandi quantità di CO2 condensano sui poli in inverno e ritornano in atmosfera in estate.
Pressione, temperatura e implicazioni per la vita e l'esplorazione
La bassa pressione superficiale rende impossibile la sopravvivenza umana senza tute e habitat pressurizzati: i liquidi corporei esposti all'aria marziana tendono a bollire e vaporizzare. Per le future missioni umane saranno necessarie protezioni contro la bassa pressione, l'assenza di ossigeno respirabile e le grandi escursioni termiche. Tecnologie come la produzione in situ di ossigeno (es. esperimenti come MOXIE a bordo del rover Perseverance) sono promettenti per rifornire missioni a lungo termine.
Polvere, nuvole e colore del cielo
L'atmosfera di Marte è piuttosto polverosa, dando al cielo marziano un colore marrone chiaro o rosso-arancio se visto dalla superficie. I dati della NASA hanno evidenziato che le particelle di polvere hanno un diametro di 1,5 micrometri.
La polvere marziana è responsabile di fenomeni meteorologici tipici: vortici di polvere (dust devils), tempeste regionali e occasionali tempeste globali che possono oscurare l'intero pianeta per settimane. La diffusione e il modo in cui le particelle interagiscono con la luce spiegano anche perché i tramonti su Marte possono apparire blu vicino al Sole, mentre il resto del cielo resta rossastro per scattering della polvere (scattering di Mie). Le nubi su Marte possono essere di ghiaccio d'acqua o di CO2 (soprattutto ad altitudini maggiori e in regioni fredde) e formano talvolta sottili veli o bande alle alte latitudini.
Acqua, storia climatica e perdita atmosferica
L'acqua liquida su Marte era un tempo comune, il che significa che l'atmosfera era più densa. Molti studi hanno scoperto che l'atmosfera di Marte si è indebolita nel tempo a causa dei venti solari. Sulla Terra, il campo magnetico ci protegge dalla maggior parte dei venti. Un tempo Marte aveva un campo magnetico, ma il raffreddamento del nucleo ha portato alla perdita del campo magnetico.
Missioni come MAVEN e Mars Express hanno fornito dati su come il vento solare ha eroso l'atmosfera marziana nel corso di miliardi di anni, favorendo la perdita di molecole più leggere e lasciando arricchiti gli isotopi pesanti nei gas residui. La presenza di antichi letti fluviali, delta e minerali idrati suggerisce che in passato Marte fosse molto più umido e probabilmente più caldo, con un ciclo idrologico attivo.
Il mistero del metano
Il metano è stato rilevato per la prima volta su Marte nel 2003 e da allora è stato oggetto di grande interesse e dibattito. Le misurazioni in situ del rover Curiosity e i rilevamenti da orbita e da terra hanno mostrato risultati apparentemente contraddittori: concentrazioni di fondo molto basse (ordine di parti per miliardo) con occasionali picchi localizzati e transitori.
Le possibili spiegazioni per la presenza e la variabilità del metano includono:
- fonti biologiche (metanogenesi microbica nel sottosuolo),
- processi geochimici abiogenici come la serpentinizzazione (reazioni tra acqua e minerali ultrafemici),
- rilascio da idrati o clatrati di metano intrappolati nel sottosuolo,
- degradazione di materia organica primordiale o meteoritica,
- emissioni da attività idrotermale o vulcanica residua.
I meccanismi di rimozione del metano osservati sono ugualmente misteriosi: il gas dovrebbe persistere in atmosfera più a lungo di quanto osservato, il che suggerisce l'esistenza di processi molto efficienti di distruzione o di stoccaggio a breve termine (ad es. reazioni superficiali con un forte ossidante, processi fotolitici o adsorbimento su polveri). Determinare l'origine del metano richiede misure isotopiche dettagliate e campagne coordinate di osservazione, ancora in corso.
Fenomeni transienti e osservazioni recenti
Il 18 marzo 2015 la NASA ha trovato un'aurora non completamente compresa e una nube di polvere inspiegabile nell'atmosfera di Marte.
Aurore localizzate, osservate anche da missioni recenti, sono spesso legate a regioni con forti campi magnetici residui nella crosta e a interazioni con il flusso di particelle solari durante eventi solari intensi. Le "nubi inspiegabili" possono essere episodiche e talvolta dipendono da interazioni complesse tra circolazione atmosferica, carichi elettrici delle particelle di polvere e condizioni locali di temperatura.
Implicazioni per la ricerca e l'esplorazione futura
Lo studio dell'atmosfera marziana è cruciale per comprendere l'evoluzione climatica del pianeta, la sua potenziale abitabilità passata o presente e per pianificare missioni robotiche e umane. Comprendere la composizione, la dinamica della polvere, la perdita atmosferica e i segnali ambigui come il metano aiuta a definire le priorità scientifiche: dove cercare tracce di vita passata, come proteggere le missioni dall'ambiente ostile e come sfruttare le risorse locali (CO2, acqua, materiali) per sostenere future basi su Marte.
Marte ha un'atmosfera molto sottile, come si vede in questa foto.
Domande e risposte
D: Da cosa è composta principalmente l'atmosfera di Marte?
R: L'atmosfera di Marte è composta principalmente da anidride carbonica.
D: Come si colloca la pressione atmosferica su Marte rispetto a quella sulla Terra?
R: La pressione atmosferica media sulla superficie marziana (6,0 mbar) è molto più bassa di quella della Terra (1.013 mbar).
D: Quali altri gas sono presenti nell'atmosfera marziana?
R: Oltre all'anidride carbonica, l'atmosfera marziana contiene il 96% di argon, l'1,9% di azoto e tracce di ossigeno, monossido di carbonio, acqua e metano.
D: Di che colore appare il cielo dalla superficie a causa delle particelle di polvere presenti nell'atmosfera?
R: Le particelle di polvere presenti nell'atmosfera conferiscono al cielo marziano un colore marrone chiaro o rosso-arancio quando viene visto dalla superficie.
D: Quanto sono grandi queste particelle di polvere?
R: I dati della NASA hanno evidenziato che queste particelle di polvere hanno un diametro di 1,5 micrometri.
D: Che cosa c'era un tempo su Marte, il che indica che un tempo aveva un'atmosfera più densa?
R: Un tempo l'acqua liquida era comune su Marte, il che indica che un tempo l'atmosfera era più densa.
D: Perché è cambiato nel tempo?
R: La situazione è cambiata nel tempo a causa dei venti solari; mentre il campo magnetico della Terra ci protegge dalla maggior parte di questi venti, il raffreddamento del nucleo di Marte ha portato alla perdita del suo campo magnetico.
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