Un recente studio sui movimenti convettivi del nucleo di Marte ha svelato quali potrebbero essere i meccanismi alla base della perdita della sua atmosfera.

Marte è un pianeta arido e spazzato da tempeste di polvere globali. È anche un mondo gelido, dove le temperature invernali notturne possono scendere fino a -140°C ai poli. Ma non era sempre una terra desolata, arida, arida, gelida e inospitale. Un tempo, grazie alla presenza di un atmosfera, era un luogo caldo, umido, quasi invitante, dove l’acqua liquida scorreva sulla superficie, riempiendo laghi, scavando canali e lasciando delta di sedimenti.

Con la perdita del campo magnetico e, senza la protezione che gli forniva, il Sole ha strappato via l’atmosfera del pianeta. Senza la sua atmosfera, l’acqua è andata via. Ora Marte è il Pianeta Rosso che abbiamo imparato a conoscere: un luogo che solo i rover robotici trovano ospitale.

Ma che modo esattamente ha perso il suo scudo magnetico? 

Il nucleo terrestre crea un effetto magnete che genera i campi magnetici del nostro pianeta. C’è un nucleo interno solido e un nucleo liquido esterno. Il calore scorre dal nucleo interno al nucleo esterno, generando correnti convettive nel nucleo liquido esterno. Le correnti convettive fluiscono secondo schemi generati dalla rotazione del pianeta, dal nucleo interno e dall’effetto Coriolis. Questo crea la magnetosfera del pianeta.

La magnetosfera avvolge la Terra come una coperta protettiva. Il vento solare del Sole colpisce la magnetosfera e la magnetosfera la costringe a fluire attorno al pianeta invece di raggiungere l’atmosfera o la superficie.

La magnetosfera in realtà non è proprio una sfera: il vento solare sposta la magnetosfera in una forma asimmetrica. La magnetosfera impedisce al vento solare di strappare via l’atmosfera terrestre. Senza di essa, la Terra sarebbe arida, morta e sterile, proprio come Marte.

La forma della magnetosfera terrestre colpita dal vento solare. Credits: ESA/NASA – SOHO

Cosa è successo a Marte?

Il campo magnetico terrestre è guidato da imponenti correnti di convezione dei metalli fusi nel suo nucleo. Si pensa che i campi magnetici su altri pianeti funzionino allo stesso modo. Sebbene la composizione interna di Marte non sia ancora nota, le prove osservate nei crateri formati dai meteoriti suggeriscono che si tratti di ferro fuso arricchito di zolfo. Inoltre, le letture sismiche della sonda InSIGHT della NASA sulla superficie ci dicono che il nucleo di Marte è più grande e meno denso di quanto si pensasse in precedenza. Queste cose implicano la presenza di ulteriori elementi più leggeri come l’idrogeno.

Precedenti esperimenti hanno studiato il comportamento dei nuclei planetari a diverse pressioni e temperature, ma non si erano concentrati sull’idrogeno. Le recenti teorie sulla formazione dei pianeti dimostrano che una grande quantità di acqua è stata trasportata sia su Marte che sulla Terra durante i loro accrescimenti, suggerendo che l’idrogeno è forse un importante elemento nel nucleo, spiegano gli autori nel loro articolo, e nonostante la sua importanza, finora il sistema Fe-SH è stato poco studiato ad alte pressioni.

Se i dati di InSight sono corretti, l’idrogeno nel nucleo Fe-SH potrebbe avere un ruolo nel collasso del campo magnetico di Marte.

I ricercatori quindi preparato un campione di materiale corrispondente a quello di cui pensavano fosse composto il nucleo di Marte, contenente ferro, zolfo e idrogeno (Fe-SH) e lo hanno posizionato il campione in un dispositivo chiamato cella di incudine diamantata (DAC).

Il DAC può sottoporre campioni microscopici a pressioni di centinaia di gigapascal. Un laser ha riscaldato il campione in modo che le condizioni simulassero il nucleo di Marte. Quando il team ha sottoposto il campione a temperature e pressioni più elevate, lo ha osservato con raggi X ed elettroni per tenere traccia dei cambiamenti nel materiale.

Non solo il campione di Fe-SH si è fuso, ma ha anche cambiato la sua composizione.

I risultati dell’esperimento erano infatti incentrati sull’idea di miscibilità.

Quando i materiali vengono aggiunti insieme e creano una miscela omogenea, sono miscibili. Quando i materiali vengono sommati e non formano una miscela omogenea, sono immiscibili. L’immiscibilità di Fe-S-H ad alte temperature e pressioni ha svolto un ruolo significativo nella storia planetaria marziana.

Marte colpito dal vento solare. Credits: NASA Viz

La cessazione della convezione

Mentre i liquidi più densi separati sono rimasti nella parte più profonda, i liquidi più leggeri sono migrati verso l’alto e si sono mescolati con il nucleo liquido sfuso, fatto che potrebbe guidare la convezione del nucleo marziano.

Ma nella regione in cui i due liquidi si sono separati, è successo qualcos’altro e alla fine l’intero nucleo di Marte si è stratificato, facendo cessare la convezione.

Gli scienziati avevano già datato il momento in cui la convezione è cessata e Marte ha perso il suo scudo magnetico. È successo circa 4 miliardi di anni fa. E questo studio adesso spiega perché questa convezione è terminata, portando alla perdita dello schermo magnetico.

E spiega anche come è iniziata.

La separazione di liquidi immiscibili ricchi di S e H potrebbe essere stata responsabile sia dell’inizio che della fine della convezione del nucleo marziano e dell’azione della dinamo, scrivono gli scienziati nel loro articolo. Una volta che i due liquidi si sono separati, Marte era condannato. Non c’era più convezione, né magnetismo, né atmosfera, né più acqua. Il lasso di tempo esatto è sconosciuto, ma il risultato è stato un pianeta morto.

Tuttavia, questo è solo uno studio e non abbiamo ancora il quadro completo.

Con questi risultati si spera che i prossimi studi sismici di Marte verificheranno se il nucleo è effettivamente in strati distinti come previsto. Se così fosse, ci aiuterebbe a completare la storia di come i pianeti rocciosi, inclusa la Terra, si sono formati e a spiegare la loro composizione.

Sappiamo che la Terra non rimarrà abitabile per sempre. Tra circa 5 miliardi di anni, il Sole entrerà nella sua fase di gigante rossa e distruggerà la Terra. Ma anche il nostro scudo magnetico protettivo non durerà per sempre e senza di esso siamo condannati.

Quale dei due eventi avverrà prima? La perdita della magnetosfera o la trasformazione del Sole in una gigante rossa?

In tutti i casi, la terra Terra non perderà il suo campo magnetico per almeno un altro miliardo di anni. Quindi abbiamo un miliardo di anni, non sprechiamolo.

Riferimenti:

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