Primi risultati dal Trace Gas Orbiter della missione ExoMars

Due articoli sono stati pubblicati sulla rivista Nature per descrivere i nuovi risultati, e riferiti in un incontro stampa dedicato, tenutosi a Vienna alla European Geosciences Union.

Un terzo articolo, sottoposto agli Atti dell'Accademia Russa di Scienza (Proceedings of the Russian Academy of Science), presente la mappa più dettagliata mai prodotto di ghiaccio o minerali idratati nel sottosuolo superficiale di Marte.

Il Trace Gas Orbiter, o TGO, della missione congiunta ESA-Roscosmos ExoMars, è arrivato al Pianeta Rosso nell- ottobre del 2016, trascorrendo oltre un anno ad impiegare la tecnica di 'aerobraking' necessaria per raggiungere l'orbita a 400km sopra la superficie di Marte per le sue due ore di scienza.

"Siamo entusiasti di questi primi risultati dal Trace Gas Orbiter", dice Håkan Svedhem, scienziato di progetto ESA TGO.

"Gli strumenti stanno funzionando molto bene ed anche nei primi mesi di osservazione fornivano già interessanti dati, ad un livello molto più alto di quanto raggiunto precedentemente".

La missione scientifica principale di TGO è cominciata alla fine dell'aprile 2018, soltanto un paio di mesi prima dell'inizio della tempesta di sabbia globale che avrebbe portato alla conclusione della missione del rover Opportunity della NASA dopo 15 anni a girovagare sulla superficie marziana.

Le navicelle spaziali in orbita, tuttavia, sono state in grado di effettuare delle osservazioni uniche, con TGO che ha seguito l'inizio e lo sviluppo della tempesta e monitorato come l'aumento della polvere influisse sul vapore acqueo nell'atmosfera – fattore importante per comprendere la storia dell'acqua su Marte nel tempo.

Sfruttare la tempesta di sabbia

Due spettrometri a bordo – NOMAD ed ACS – hanno effettuato i primi rilievi in alta risoluzione dell'occultamento solare dell'atmosfera, studiando come la luce solare viene assorbita nell'atmosfera per rivelare le impronte chimiche dei suoi ingredienti.

Questo ha permesso la distribuzione verticale del vapore acqueo e dell'acqua "semi-pesante" – con un atomo di idrogeno sostituito da un atomo di idrogeno pesante, una forma di idrogeno con un neutrone aggiuntivo – per essere rivelato da vicino alla superficie marziana fino ad oltre 80 km di altitudine. I nuovi risultati seguono l'influenza della polvere nell'atmosfera sull'acqua, oltre alla perdita di atomi di idrogeno nello spazio.

"Alle latitudini più settentrionali abbiamo visto delle caratteristiche come nubi di polvere ad altitudini di circa 25-40 km che prima non c'erano, e alle latitudini meridionali abbiamo visto strati di polvere muoversi ad altitudini più alte", dice Ann Carine Vandaele, Ricercatore Principale dello strumento NOMAD presso l'Istituto Reale Belga per l'Aeronomia Spaziale.

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La trama sul mistero del metano si infittisce

I due strumenti complementari hanno inoltre avviato le misurazioni di gas traccia nell'atmosfera marziana. I gas traccia occupano meno dell'uno per cento dell'atmosfera in volume, e richiedono tecniche di misurazione altamente accurate per determinare l'esatta impronta chimica nella composizione. La presenza di gas traccia è tipicamente misurata in 'parti per miliardo per volume' (ppbv dall'inglese parts per billion by volume), per cui nell'esempio dell'inventario del metano della Terra che misura 1.800 ppbv, per ogni miliardo di molecole, 1.800 sono metano.

Il metano è di particolare interesse per gli scienziati che studiano Marte, perchè può essere un segno di vita, così come indicare processi geologici – sulla Terra, per esempio, il 95% del metano nell'atmosfera proviene da processi biologici. Dal momento che può essere distrutto dalla radiazione solare su una scala cronologica di parecchie centinaia di anni, qualsiasi rilevamento della molecola al momento attuale implica che è stato rilasciato in un tempo relativamente recente – anche se il metano stesso è stato prodotto milioni o miliardi di anni fa e rimasto intrappolato nelle riserve sotterranee sino ad ora. Inoltre, i gas traccia sono miscelati in maniera efficiente su base giornaliera in prossimità della superficie del pianeta, con modelli globali di circolazione del vento che indicano che il metano potrebbe essere miscelato in modo uniforme anche intorno al pianeta in pochi mesi.

I rapporti relativi al metano nell'atmosfera marziana sono stati intensamente dibattuti perché i rilievi sono stati molto sporadici nel tempo e per luogo, e spesso al limite delle possibilità di rilevamento da parte degli strumenti. La missione ESA Mars Express ha contribuito con uno dei primi rilevamenti dall'orbita nel 2004, indicando, al tempo, la presenza di metano nella misura di 10 ppbv.

I telescopi a terra hanno inoltre riportato sia non-rilevamenti che misurazioni transitorie fino a circa 45 ppbv, mentre il rover Curiosity della NASA, che esplorava il Crater Grater dal 2012, ha suggerito un livello di fondo di metano che varia con le stagioni tra 0.2 e 0.7 ppbv – con alcuni picchi di livello più alti. Più recentemente, Mars Express ha osservato un picco di metano un giorno dopo una delle letture al più alto livello registrate da Curiosity.

I nuovi risultati ottenuti da TGO forniscono l'analisi globale più dettagliata ad oggi, con un limite massimo di 0.05 ppbv, ossia, 10-100 volte meno metano che in tutti i rilievi riportati in precedenza.

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La migliore mappa dell'acqua superficiale del sottosuolo

Mentre l'acceso dibattito sulla natura e sulla presenza di metano continua, una cosa è certa: che l'acqua su Marte c'è stata – e c'è ancora, sotto forma di ghiaccio, o come minerali di acqua idratata. E dove c'è stata acqua, deve esserci stata vita.

Per aiutarci a capire la posizione e la storia dell'acqua su Marte, FREND, il rilevatore di neutrone di TGO, sta tracciando una mappa della distribuzione dell'idrogeno nel metro più in alto della superficie del pianeta. L'idrogeno indica presenza di acqua, essendo uno dei costituenti della molecola dell'acqua: può inoltre indicare acqua assorbita nella superficie, o minerali che si sono formati in presenza di acqua.

Il compito di mappatura dello strumento richiederà circa un anno marziano – quasi due anni terrestri – per produrre le migliori statistiche e generare una mappa di massima qualità. Ma le prime mappe presentate, basate soltanto su dati raccolti in pochi mesi, hanno già oltrepassato la risoluzione delle misurazioni precedenti.

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Note per i redattori

"Early observations by ExoMars Trace Gas Orbiter show no signs of methane on Mars" di O. Korablev et al, pubblicato da Nature.

"Martian dust storm impact on atmospheric water and D/H observed by ExoMars Trace Gas Orbiter" di A.C Vandaele ed altri, pubblicato da Nature.

"Neutron Mapping of Mars with High Spatial Resolution: First Results of FREND experiment of the ExoMars Project" di I.G. Mitrofanov ed altri, sottoposto per pubblicazione agli Atti dell'Accademia Russa di Scienza, Ramo della Scienza Fisica.

I risultati sono stati presentati durante un incontro stampa all'Assemblea Generale EGU a Vienna, Austria.

Selezionare qui per rivedere l'evento.

Per maggiori informazioni contattare:

Håkan Svedhem
ESA ExoMars TGO project scientist
Email: hakan.svedhem@esa.int

Ann Carine Vandaele,
NOMAD principal investigator
Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Belgium
Email: a-c.vandaele@aeronomie.be

Oleg Korablev
ACS principal investigator
Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Email: korab@iki.rssi.ru

Igor Mitrofanov
FREND principal investigator
Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Email: mitrofanov@np.cosmos.ru

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int