L’enigma del metano marziano

Articolo di Mario Di Martino – INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino

Grazie ai dati ottenuti con osservazioni effettuate da terra e poi dalle sonde Mars Express e Mars Global Surveyor, a partire dagli inizi di questo secolo sono state riscontrate tracce di metano (CH4) nell’atmosfera marziana. Dal momento che il metano può essere prodotto da attività di tipo biologico – in pratica circa il 90% del metano presente nell’atmosfera terrestre ha questa origine – queste osservazioni avevano creato grandi aspettative circa l’origine di questo gas nell’atmosfera del Pianeta Rosso.

Questi risultati, tuttavia, parevano contraddittori. In alcuni periodi e in alcune aree, infatti, i dati sembravano confermare la presenza di metano, mentre in altri scompariva del tutto. Molti ricercatori hanno affermato che questa variabilità era da imputare alla difficoltà da parte degli strumenti delle sonde nel rilevare il gas, che comunque si presenta in concentrazioni al limite della rilevabilità, da parte degli strumenti. Si parla infatti di parti per miliardo in volume (ppbv, parts per billion by volume).

Alcune osservazioni suggerivano una distribuzione limitata nello spazio e nel tempo, con una sorgente nell’emisfero nord e picchi di concentrazione durante i mesi estivi. Questi fatti erano inspiegabili seguendo i modelli di circolazione generale e fotochimica attualmente utilizzati per definire il comportamento dell’atmosfera marziana. Stando a questi modelli, infatti, se esistesse davvero metano nell’atmosfera marziana, questo dovrebbe permanervi per un tempo medio di circa 300 anni, prima che le molecole di questo gas vengano dissociate dalla radiazione ultravioletta solare, e durante questo periodo dovrebbe essere distribuito omogeneamente nell’atmosfera. Siccome non abbiamo un modello che ci permetta di tenere conto della sua formazione, localizzazione e improvvisa sparizione, ogni osservazione veniva messa in dubbio e i risultati ottenuti venivano attribuiti a falsi positivi degli strumenti utilizzati. Adesso, il rover della NASA Curiosity, che dal 2012 studia la superficie di Marte all’interno del cratere da impatto Gale, ha inequivocabilmente rilevato un aumento della concentrazione di metano nella zona in cui opera. E questo su un arco di tempo di oltre 600 sol (i giorni marziani). Questa scoperta dovrebbe porre fine alla lunga controversia sulla presenza del gas sul pianeta rosso: il metano su Marte c’è e varia nel tempo. La certezza che su Marte il metano aumenta e diminuisce periodicamente è importante, perché potrebbe indicare l’esistenza di una qualche forma di attività biologica più pronunciata in certi periodi dell’anno piuttosto che in altri. Curiosity ha rilevato livelli di concentrazione di metano attorno a 0,7 ppbv, ed ha osservato un episodio di aumento fino a dieci volte questo valore (circa 7 ppbv) durante un periodo di 60 sol. Le nuove osservazioni sono basate su dati acquisiti in quasi un anno marziano (circa due anni terrestri).

Il fatto che il metano sia presente nell’atmosfera marziana, vista l’instabilità di questo gas, sta a significare che è di origine recente. Tra le possibili fonti di metano ci sono l’attività di natura vulcanica, l’impatto di piccoli corpi cosmici di tipo cometario, la presenza di forme di vita microbiche, ed infine, più probabilmente, un processo metamorfico geologico, chiamato “serpentinizzazione”, in cui dall’interazione tra olivina, acqua e anidride carbonica si ottiene la serpentinite (silicato di magnesio e calcio), una roccia piuttosto tenera di colore verdastro che al tatto ricorda la pelle di serpente. Il processo di serpentinizzazione per avvenire necessita di valori relativamente alti di temperatura e pressione che esistono all’interno della crosta del pianeta a non grande profondità. La natura delle sorgenti del metano marziano è quindi uno dei tanti problemi ancora da risolvere.

Le concentrazioni di metano, oltre a quelle rilevate da Curiosity all’interno del cratere Gale, sono state osservate in altre tre regioni di Marte: Terra Sabae, Nili Fossae e Syrtis Major, e i dati suggeriscono che l’acqua una volta scorreva su queste aree. Depositi di acqua liquida in profondità, la cui presenza è stata rilevata recentemente dalla sonda Mars Express, potrebbero fornire un habitat per i microrganismi o un luogo favorevole per la produzione idro-geochimica del metano. Che sia di origine geochimica o biochimica, la variazione delle concentrazioni di metano che è stata misurata indica che Marte potrebbe ancora essere attivo oggi.

Un modo per confermare l’origine biologica del metano sarebbe quello di misurare i rapporti isotopici del carbonio che lo compone. Il metano prodotto da attività biologica sulla Terra tende ad utilizzare isotopi più leggeri, più Carbonio-12 piuttosto che Carbonio-13. Per comprendere quindi l’origine del metano osservato nell’atmosfera marziana sarà necessario che una delle prossime missioni che visiteranno Marte possa disporre di uno spettrometro di massa, strumento necessario ad effettuare queste misure.

Ma i recentissimi risultati delle misure effettuate dalla sonda dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), che non è riuscita a rilevare alcuna traccia di metano, non fanno che approfondire il mistero del metano marziano. Come conciliare infatti le rilevazioni fatte dall’orbiter europeo Mars Express e dal rover statunitense Curiosity con la mancata rilevazione da parte di TGO?

Le discrepanze tra le osservazioni di TGO e Curiosity nel cratere Gale potrebbero essere spiegate dalla notevole escursione termica (80-100 °C) tra giorno e notte, che provoca la diluizione diurna in atmosfera – al di sotto del limite di rilevazione di TGO – del poco metano fuoriuscito dal sottosuolo del pianeta e accumulato vicino alla superficie. Lo scenario proposto prevede che i punti da cui fuoriesce il metano su Marte siano pochi e localizzati, come appunto il cratere Gale, a meno che esista un meccanismo, finora non individuato, in grado di distruggere una quantità molto più cospicua di metano rilasciato in modo diffuso sul pianeta; oppure che il cratere Gale sia un’eccezione nel panorama marziano.

È stato poi stimato che i flussi di micro-fuoriuscite di metano nel cratere Gale dovrebbero essere compresi tra 0,82 e 4,6 kg per sol, ovvero per giorno marziano. Queste piccole fuoriuscite dal sottosuolo si concentrerebbero di notte sulla superficie per poi dissolversi in atmosfera durante il giorno con l’aumentare della temperatura. Benché questi numeri non ne spieghino l’origine, quanto meno offrono una prospettiva per riconciliare le osservazioni notturne del metano effettuate sulla superficie dal rover Curiosity con la mancata rilevazione di TGO nella pur estrema soglia di sensibilità di 50 parti per trilione di volume (pptv) sopra i 5 km di altezza.

Per ulteriori progressi nel rivelare l’origine del metano su Marte, saranno necessarie future missioni spaziali con nuove tecnologie pensate per caratterizzare meglio l’ambiente marziano e il suo sottosuolo.

Se siano stati o meno dei batteri a lasciare la firma del metano nell’atmosfera di Marte, potrebbe dircelo la missione ExoMars 2020, organizzata dall’ESA e dall’agenzia spaziale russa Roscosmos, che sarà lanciata il prossimo anno. Uno degli obiettivi principali della missione sarà, infatti, quello di scavare per la prima volta fino ad una profondità due metri nel suolo marziano grazie a un trapano di fabbricazione italiana, costruito per andare a caccia di vita microbica presente o passata sul Pianeta Rosso.

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