Il rover Curiosity della NASA, per tre anni marziani – quasi sei anni per noi terrestri – ha annusato l’aria sopra il Gale Crater di Marte, il suo sito di esplorazione quasi equatoriale. Utilizzando il suo laboratorio chimico portatile Sample Analysis at Mars (SAM), il rover ha accertato non solo di cosa è fatta l’atmosfera di superficie, ma anche come i suoi gas cambiano con le stagioni.
Molti dei gas di Marte “si comportano molto bene”, dice Melissa Trainer, scienziata planetaria alla NASA e membro del team dell’esperimento SAM. Uno, però, sembra comportarsi in modo decisamente inaspettato e del tutto bizzarro: l’ossigeno.
Gli scienziati sanno da tempo che l’anidride carbonica su Marte, che costituisce il 95% dell’atmosfera del pianeta, si congela sopra i poli in inverno, e sublima di nuovo in un gas in estate. Nell’aria sottile intorno al cratere Gale, le misurazioni di Curiosity hanno mostrato minuscole quantità di argon e azoto inerte che periodicamente salgono e scendono come previsto, a causa di questo ciclo stagionale di anidride carbonica.
Gli strumenti di Curiosity hanno anche registrato l’ossigeno atmosferico che sale e scende in tempi simili, ma in quantità che sfidano una facile spiegazione. Ce n’era molto di più durante la primavera e l’estate, e meno in inverno, di quanto il fruscio stagionale avanti e indietro di altri gas avrebbe predetto.
Questo suggerisce che qualcosa sta creando o liberando riserve di ossigeno nei mesi più caldi e lo intrappola o lo inghiotte durante quelli freddi. Potrebbe essere un processo geologico, chimico, atmosferico o forse anche biologico, ma al momento nessuno ha la più pallida idea di quale sia il colpevole. E anche se il trampolino dell’ossigeno sembra certamente essere una caratteristica locale, potrebbe essere una peculiarità regionale o addirittura globale.
François Forget, uno scienziato planetario presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, dice che questa scoperta è sorprendente, strana e misteriosa. Jon Telling, geochimico e geomicrobiologo dell’Università di Newcastle, dice che lui e altri esperti sono comprensibilmente “confusi”. Non è chiaro quando, o anche se, il caso dell’ossigeno troppo zelante sarà risolto. Già, dice Paul Niles, un geologo planetario e geochimico analitico alla NASA, è abbondantemente chiaro che “Marte è molto più alieno di quanto pensassimo.”
Curiosity ha ucciso le statistiche
Le misurazioni in situ della pressione, della temperatura e della composizione dell’atmosfera di Marte risalgono a quasi mezzo secolo fa, dai lander Viking negli anni ’70 ai rover Spirit, Opportunity e ora Curiosity. La suite SAM di Curiosity, tuttavia, ha scrupolosamente tracciato come le quantità di gas atmosferici marziani cambiano nel corso delle stagioni, fornendo così agli scienziati una cronaca precisa e rivoluzionaria dell’atmosfera del pianeta.
I picchi troppo alti di ossigeno e i nadir troppo bassi durante i mesi più caldi e più freddi, rispettivamente, sono stati uno shock. Gli scienziati di Curiosity potevano concepire solo due possibilità: o esisteva su Marte un misterioso creatore e distruttore di ossigeno di cui gli scienziati non erano a conoscenza, o le misurazioni erano sbagliate. Trainer, autore principale dello studio che riporta la scoperta nel Journal of Geophysical Research: Planets, sottolinea che questo rilevamento e analisi ha richiesto molti anni, con tutti i possibili falsi positivi esclusi.
“Penso che abbiano fatto la loro dovuta diligenza”, dice Niles. Molte cose possono andare storte in questi esperimenti scientifici interplanetari, dal malfunzionamento delle attrezzature alla contaminazione. Indipendentemente da ciò, dice, “non vedo alcun motivo per avere dubbi sulle misurazioni dell’ossigeno”.
“Spero che sia reale”, dice Forget, perché un enigma extraterrestre sull’ossigeno è molto più divertente di un guasto.
Un vero enigma costringerebbe i ricercatori a tornare alle basi, dice Manish Patel, uno scienziato planetario della Open University. “Dobbiamo prima interrogare la nostra comprensione dei processi conosciuti per la creazione dell’ossigeno, prima di invocare qualsiasi processo nuovo o controverso.”
Trainer e i suoi colleghi hanno fatto proprio questo. Ma sono ancora a corto di risultati. La radiazione solare potrebbe rompere le molecole di ossigeno e soffiarle via nello spazio, ma questo processo sembra essere troppo lento e inefficiente per spiegare i cali stagionali visti da Curiosity. Forse la lenta degradazione dell’anidride carbonica nell’atmosfera potrebbe aver rilasciato l’ossigeno, causando un picco estivo – ma ancora una volta, questo processo richiederebbe troppo tempo per produrre i picchi osservati.
Il suolo marziano è ricco di perossido di idrogeno e perclorati contenenti ossigeno. I lander Viking hanno dimostrato che l’aria calda e umida potrebbe liberare questo ossigeno, ma queste condizioni non prevalgono su una parte sufficiente del pianeta – per non parlare del cratere Gale – per essere sufficienti per i dati SAM. Il bombardamento del suolo da parte delle radiazioni ionizzanti dei raggi cosmici e delle tempeste solari potrebbe fare il trucco, ma si stima che richieda un milione di anni per creare il picco di ossigeno visto durante una primavera solitaria.
Semplicemente non sappiamo abbastanza di Marte per avere una presa su questo particolare puzzle, dice Niles. Così tanto sulla sua chimica – come i gas sono trasportati sopra e dentro il pianeta, quali fonti e lavandini possono avere – rimane profondamente incerto. Per quanto ne sappiamo, dice, gli eventi del passato di Marte potrebbero aver cospirato per rinchiudere grandi quantità di ossigeno nel sottosuolo, che ora, per qualche motivo, sta tornando nell’atmosfera.
Se la risposta non si trova nell’aria e nelle rocce senza vita di Marte, potrebbe essere colpa di qualche criptica forma aliena di biologia? Sulla Terra, la fotosintesi e la respirazione degli esseri viventi causano piccole fluttuazioni nella concentrazione di ossigeno, altrimenti costante, del nostro pianeta. Non dovremmo aspettarci questo su Marte, però. “Questo è molto lontano”, dice Telling: Marte appare troppo inospitale per una massa critica di vita in grado di sostenere entrambi i processi. “Quasi certamente sarà una reazione chimica non biologica.”
La stessa Telling non esclude una spiegazione biologica, ma sottolinea comunque la sua improbabilità. “Le persone nella comunità amano dire che sarà la spiegazione di ultima istanza, perché sarebbe così monumentale”, dice. Ci sono molti meccanismi abiotici, sia noti che sconosciuti, da escludere prima di saltare a qualsiasi affermazione più sensazionale.
Sulle montagne russe del metano
Questo enigma dell’ossigeno ricorda il metano birichino di Marte, un altro mistero di lunga data del pianeta rosso. Sebbene l’aria marziana contenga un basso livello di fondo persistente di metano, per anni diversi gruppi indipendenti di scienziati hanno affermato di aver rilevato picchi drammatici e imprevedibili nell’abbondanza atmosferica del gas. Curiosity ha individuato uno di questi picchi nel 2013, e un altro sostanzialmente più grande nel 2019. È sconcertante che molte rilevazioni di metano a terra non siano state confermate da veicoli spaziali per la ricerca dell’atmosfera sopra la superficie marziana, tra cui Trace Gas Orbiter dell’ESA e Mars Express.
Il metano ha una vasta gamma di fonti e pozzi sulla Terra. Alcune sono geologiche, ma molte sono biologiche. Su Marte, il metano trasportato dall’aria dovrebbe decomporsi rapidamente, quindi si presume che qualsiasi picco sia stato generato poco prima della rilevazione; questo fatto ha alimentato le speculazioni su un progenitore microbico marziano esistente come causa dei picchi osservati da Curiosity. Ma come per l’ossigeno, “anche il metano è assolutamente sconcertante”, dice Forget. Gli scienziati possono dire poco su di esso con certezza, compreso se cresce su scala locale, regionale o globale, e perché.
Se i picchi di metano di Marte sono autentici, e causati da qualche processo chimico ancora sconosciuto, gli scienziati ritengono che questo dovrebbe avere effetti a catena per altri gas nell’atmosfera – ma nulla del genere è mai stato osservato. Fino ad ora, cioè: Le letture SAM di Curiosity suggeriscono che i livelli di ossigeno, nel corso delle stagioni, a volte salgono e scendono con le concentrazioni di metano su Marte.
“Non è certamente una corrispondenza perfetta”, dice Trainer; per ogni gas, i tempi e le estremità dei picchi e dei cali divergono, il che suggerisce che entrambi i gas sono controllati da diverse combinazioni di processi. Se, tuttavia, l’implicita danza imperfettamente sincronizzata tra i due gas è reale, allora comprendere il comportamento dell’uno può aiutarci a comprendere l’altro.
Con così tante domande in mano, dove andiamo da qui? Sniffare più aria sulla superficie di Marte con SAM sarebbe sempre il benvenuto, dice Trainer; quei dati possono essere inseriti in modelli ed esperimenti di laboratorio che possono svelare il mistero dell’ossigeno maniacale di Marte.
Curiosity, però, sta sniffando gas solo in una singola area, quindi i suoi dati non sono adatti a confermare se queste montagne russe di ossigeno sono un evento locale o globale, dice Patel. Il Trace Gas Orbiter, tuttavia, potrebbe essere di grande aiuto. “Scommetto davvero molto che se questa variazione di ossigeno è reale, deve essere abbastanza globale”, dice Forget – e questo orbiter è ben posizionato per determinarlo.
È troppo presto per prevedere se questo sarà un fenomeno colossale o in miniatura, uno con una spiegazione rudimentale o una radice molto più rivoluzionaria. Al momento, dice Trainer, tutto quello che possiamo dire con sicurezza sui livelli selvaggi di ossigeno di Marte è che “stiamo tirando fuori tutta la comprensione attuale che abbiamo e diciamo, caspita, non ha senso”.