Come Marte ha perso il campo magnetico e i suoi oceani

Il Pianeta Rosso, oggi ci appare come un deserto arido e polveroso, con pochissima acqua presente nelle calotte polari e forse sottoterra.

Tuttavia, osservando attentamente la superficie di Marte, è possibile scorgere ciò che sembrano essere antiche linee costiere o canyon scavati da imponenti inondazioni.

Miliardi di anni fa, l’atmosfera di Marte potrebbe essere stata più densa e il clima più mite. Analizzando le formazioni deltaiche marziane, simili a quelle terrestri, alcuni scienziati ipotizzano che un tempo il pianeta fosse in parte ricoperto da oceani. Lo studio delle meteoriti marziane, che permette di comparare la composizione chimica attuale di Marte con quella di miliardi di anni fa, supporta questa teoria: l’emisfero nord del pianeta era un tempo ricoperto da un immenso oceano.

Marte come forse si poteva presentare 4 miliardi di anni fa
Artist’s impression of Mars four billion years ago

Oggi, quell’oceano è solo un lontano ricordo. Una ricerca condotta dall’Università di Tokyo e pubblicata nel 2022 su Nature Communications offre una spiegazione a questo mistero: miliardi di anni fa, il Pianeta Rosso ha perso il suo campo magnetico. Senza la protezione offerta da un campo magnetico, l’atmosfera è stata gradualmente spazzata via, portando con sé anche l’acqua degli oceani, che è evaporata nello spazio.

Il Sistema Solare è un ambiente ostile. Il nostro Sole, fonte di vita, è anche in grado di sottrarre la vita, producendo enormi quantità di radiazioni che, senza l’effetto protettivo del nostro campo magnetico, trasformerebbero il nostro pianeta in un inferno. Senza il campo magnetico, il vento solare spazzerebbe via la nostra atmosfera e gli oceani evaporerebbero, scomparendo nello spazio. In altre parole, la Terra diventerebbe come Marte.

La Terra è l’unico pianeta roccioso del nostro Sistema Solare ad avere un forte campo magnetico, e la sua presenza è probabilmente una delle principali ragioni per cui Marte e la Terra sono così diversi tra loro. Ma anche Marte, miliardi di anni fa, possedeva un forte campo magnetico. Che cosa è successo?

Per indagare, un team guidato da Shunpei Yokoo dell’Università di Tokyo ha simulato in laboratorio il nucleo di Marte, creando un materiale composto da una miscela di ferro, zolfo e idrogeno, elementi che si ritiene siano presenti nel nucleo marziano.

Lo zolfo è probabilmente presente nel nucleo, poiché le meteoriti marziane (che campionano la crosta e il mantello) non contengono molti elementi tipicamente associati allo zolfo. L’idrogeno potrebbe essere abbondante nel nucleo, dato che il 4° Pianeta si trova vicino alla “linea di neve” del nostro Sistema Solare, dove l’acqua ghiacciata era abbondante durante la formazione planetaria. “Possiamo ragionevolmente supporre che [il nucleo] sia un liquido Fe-S-H, ma è necessario verificare ulteriormente attraverso osservazioni di marstremoti”, ha dichiarato Yokoo.

Il team ha quindi riscaldato il miscuglio di ferro, zolfo e idrogeno tra due diamanti, simulando le alte temperature e pressioni presenti all’interno del nucleo di un pianeta roccioso. Il materiale si è separato in due liquidi distinti: uno composto da ferro e zolfo, l’altro da ferro e idrogeno. Il liquido contenente idrogeno, essendo meno denso, è risalito verso l’alto. Man mano che i liquidi si separavano, si formavano correnti convettive.

Questo è simile a ciò che deve essere accaduto nella storia primordiale del Pianeta Rosso. Il liquido composto da ferro, zolfo e idrogeno avrebbe generato correnti convettive man mano che lo zolfo si separava dall’idrogeno. Queste correnti avrebbero formato un campo magnetico protettivo attorno al pianeta. Ma tali correnti sono effimere: non appena i due liquidi si separano completamente, le correnti si fermano e il campo magnetico scompare. Di conseguenza, l’atmosfera viene spazzata via e gli oceani scompaiono.

Un fenomeno simile si verifica anche nel nucleo della Terra, ma con una differenza fondamentale: la temperatura. “La temperatura del nucleo terrestre (~3740 °C) è molto più alta rispetto a quella del nucleo di Marte”, spiega Yokoo. A queste alte temperature, i liquidi di ferro-zolfo e ferro-idrogeno si mescolano tra loro. Tuttavia, stratificazioni si osservano nelle parti più alte del nucleo, dove le temperature sono più basse. “Questo è il motivo per cui il nucleo terrestre è stratificato solo nella sua parte superiore, mentre il nucleo di Marte è completamente stratificato”, conclude Yokoo. “Ci vorrà molto tempo (circa un miliardo di anni) affinché il nucleo terrestre sia completamente stratificato.”

Abbiamo tempo, in altre parole.

Questi risultati hanno implicazioni importanti nella ricerca di esopianeti abitabili. Una metrica comune usata per determinare se un pianeta extrasolare può ospitare la vita è la presenza di acqua liquida in superficie in una posizione che non sia né troppo fredda né troppo calda. Ma forse un campo magnetico forte dovrebbe essere un altro parametro chiave per determinare se il pianeta può trattenere la sua acqua. E potrebbe darsi che i campi magnetici forti come quello terrestre siano relativamente rari nell’universo.

Quindi attenzione a quali esopianeti scegliere: sarebbe terribile trovare un bel pianeta dove impiantare una civiltà umana per poi doverlo abbandonare dopo qualche tempo a causa dell’affievolirsi del campo magnetico.

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