Ci sono laghi sotterranei su Marte?

Alcuni studi recenti hanno scoperto la possibile presenza di un sistema di laghi su Marte. Parliamo di laghi sotterranei e composti di acqua salata: se il risultato sarà confermato, sarà la prima scoperta di acqua liquida sul Pianeta Rosso.

In genere pensiamo a Marte come a un pianeta desertico, simile in qualche modo ai deserti iperaridi terrestri come il Sahara o l’Atacama. Ecco, facciamo bene, o meglio non facciamo abbastanza: Marte è molto più arido, molto più inospitale.

L’acqua in atmosfera è pochissima, sia perché è pochissima in percentuale (ancor meno che sulla Terra), sia perché su Marte c’è pochissima atmosfera. Se mettessimo tutta l’acqua atmosferica sulla superficie, in quello che viene chiamato oceano globale equivalente, questo avrebbe una profondità di appena un centesimo di millimetro.

L’atmosfera marziana è meno di un centesimo di quella terrestre, c’è proprio poca aria e ciò ha importanti implicazioni per quanto riguarda l’esistenza di acqua liquida sulla superficie di Marte. Sulla superficie di Marte non ci sono le condizioni termodinamiche adatte per l’esistenza di acqua liquida stabile, ossia se ci fosse acqua liquida, evaporerebbe o ghiaccerebbe subito. Quindi sulla superficie di Marte ci aspettiamo di osservare acqua allo stato gassoso oppure solido, non liquido.

Proprio per questo nelle calotte polari di Marte c’è, sotto forma di ghiaccio, quasi tutta l’acqua che possiamo osservare sulla superficie: un oceano globale equivalente di circa 30 metri di spessore.

C’è però un problema: fin dai tempi delle sonde Mariner e Viking abbiamo imparato a riconoscere una serie di strutture e morfologie sulla superficie di Marte che ci lasciano proprio pensare che almeno in alcuni periodi della sua evoluzione dell’acqua liquida ci sia stata. Ci sono reti di valli, delta fluviali, bacini lacustri, quello che sembra proprio un fondale oceanico nell’emisfero nord. È stato stimato che per produrre queste morfologie servirebbe un oceano globale equivalente di almeno 400 metri di spessore.

Dove è finita quindi tutta l’acqua mancante?

Se un tempo scorreva acqua sulla superficie di Marte, significa che l’atmosfera era più densa e calda, probabilmente qualcosa di simile a quella del nostro pianeta.

Poi il campo magnetico marziano si è indebolito fino a scomparire, il pianeta ha perso la protezione dai venti solari e una parte del gas atmosferico è fuggita nello spazio, spazzato dalle ondate di radiazione della nostra stella.

Ci sono in realtà anche altri processi che permettono la fuga di gas: per esempio l’erosione da impatto, ossia quando gli impatti meteorici scaldano e accelerano le particelle atmosferiche portandole a una velocità maggiore di quella di fuga (la velocità minima per scappare dalla gravità di Marte). Un altro processo è la fuga di Jeans: ogni particella di gas ha la sua velocità, e può capitare che quelle dell’alta atmosfera casualmente si ritrovino ad avere una velocità maggiore di quella di fuga. Marte è piccolo, la sua gravità è debole, quindi fuggire non è un’impresa particolarmente ardua.

Ma al netto della fuga di gas, si pensa che gran parte dell’acqua si trovi al di sotto della superficie. Il ghiaccio può esistere stabilmente sulla superficie dove la temperatura è abbastanza bassa, quindi principalmente ai poli, oppure in alcune zone in ombra. Ma al di sotto della superficie la stabilità si può raggiungere anche in altri luoghi.

Dove le temperature sono maggiori, il ghiaccio può essere stabile a 1-2 metri di profondità. Quindi ci aspettiamo che ci possa essere una sorta di permafrost in molte regioni del pianeta. Dai modelli termodinamici del pianeta ci aspettiamo che questo strato di ghiaccio sia profondo qualche chilometro, 2,5 all’equatore e 6,5 ai poli. Al di sotto di questo strato di ghiaccio, dove la pressione e la temperatura sono maggiori, si può raggiungere la stabilità anche dell’acqua liquida.

Questo era ciò che ci aspettavamo fin dagli anni ’80, quando abbiamo iniziato a studiare approfonditamente Marte, ma non ne avevamo mai avute conferme sperimentali.

Cosa è stato scoperto nel 2018

Qui entra in gioco uno studio pubblicato nel 2018 su Science e guidato da Roberto Orosei dell’Inaf. Questo studio ha rilevato, attraverso il radar Marsis a bordo della sonda europea Mars Express, un segnale riconducibile alla presenza di un bacino d’acqua salata al di sotto del ghiaccio nella regione di Planum Australe, a 1,5 km di profondità.

Questo segnale è alla profondità in cui l’acqua dovrebbe essere necessariamente ghiacciata, ma siccome si pensa che sia piuttosto salata (oppure che non sia proprio un bacino di acqua, ma piuttosto acqua mista a terreno), può restare allo stato liquido. Ma questo richiede un piccolo passo indietro.

Il principio di funzionamento di un radar, in generale, è abbastanza semplice: lo strumento invia in un segnale radio, quel segnale urta contro una superficie, viene riflesso e torna allo strumento. Le caratteristiche del segnale che torna indietro forniscono molte informazioni sull’oggetto colpito.

Ad esempio, mettiamo caso che l’oggetto sia uno specchio che riflette le frequenze radio: la luce viaggia nel vuoto a una velocità che conosciamo bene, per cui il tempo che il segnale impiega a tornare indietro dopo essere stato riflesso dallo specchio ci dà un’indicazione esatta della sua distanza. Le cose si fanno ovviamente più complicate nel momento in cui il segnale deve attraversare un’atmosfera, penetrare nel ghiaccio e nel suolo.

I materiali attraversati modificano il segnale durante l’attraversamento, e lo fanno in maniera differente a seconda della frequenza del segnale. Questo ci permette sia di andare a vedere più in profondità se scegliamo le frequenze giuste, sia di andare a studiare alcune caratteristiche che ci interessano.

Una delle caratteristiche che è possibile studiare con un radar è quella che viene chiamata costante dielettrica del mezzo attraversato, un parametro che dipende dalla composizione di un materiale che tra le altre cose determina la velocità della luce in quel materiale. I valori che Orosei è colleghi hanno trovato per la sorgente di Planum Australe è in accordo con la presenza di acqua salata oppure terreno misto ad acqua.

Marsis è stato pensato proprio per studiare il sottosuolo marziano, andando a cercare delle possibili sorgenti d’acqua in grado di riflettere il segnale. Le frequenze a cui lavora sono state scelte proprio per attraversare il suolo ghiacciato e venire riflesse da un eventuale bacino d’acqua. Una cosa interessante è che Sharad, il radar a bordo di Mars Reconnaissance Orbiter non ha visto la stessa sorgente nello stesso luogo, una curiosità che potrebbe essere legata alle diverse frequenze cui lavorano i due strumenti.

Cosa è stato scoperto nel 2020

Le osservazioni di Marsis usate per lo studio del 2018 erano solo 29, ottenute tra il 2012 e il 2015, per cui da subito era chiaro che sarebbero servite ulteriori conferme sperimentali per dire con un grado di sicurezza maggiore se quello poteva effettivamente essere un bacino d’acqua salata.

Ed è proprio quello che si è fatto per un altro studio, uscito nel 2020 su Nature Astronomy. La ricerca condotta da Sebastian Lauro e colleghi ha utilizzato 134 osservazioni della stessa regione di Planum Australe ottenute tra il 2012 e il 2019.

I ricercatori hanno trovato lo stesso corpo riflettente, ne hanno determinato meglio le caratteristiche e in più ne hanno trovati altri tre più piccoli nei dintorni. Sono su un’area di 75 000 km², il lago più grande ha un diametro di circa 30 km, gli altri 3 sono più piccoli, appena qualche km.

In realtà i dubbi in parte restano, e forse la missione cinese Tianwen-1, che arriverà su Marte nella primavera del 2021 e che avrà tra gli altri strumenti anche un radar con cui si potranno fare ulteriori osservazioni, potrà darci possibili indizi in più sui (possibili) laghi sotterranei su Marte.

Ci può essere vita?

Sulla Terra i laghi subglaciali, che peraltro vengono trovati con lo stesso tipo di tecniche radar, sono luoghi in cui può sopravvivere la vita. Quindi questo tipo di scoperta ha interessi anche astrobiologici.

Tuttavia, se è vero che la vita nei laghi terrestri si può trovare anche se l’acqua è salata, anche svariate volte più salata di quella dell’oceano, se il sale è troppo non si trova alcuna forma di vita. Sarà quindi fondamentale, da questo punto di vista e se quei segnali su Marte si riferiscono effettivamente a bacini lacustri, capire quale sia il loro livello di salinità.

L’acqua di Planum Australe è liquida se c’è sale, ma è liquida anche se la temperatura è più alta di quanto ci aspetteremmo dai modelli geodinamici di Marte, quindi serviranno altri dati per poter avere più chiaro il quadro della situazione e capire non solo se i laghi sotterranei su Marte sono laghi, ma anche se possono ospitare la vita.