Marte è un pianeta arido, dominato dalla polvere. È un mondo gelido, dove le temperature invernali notturne scendono a -140°C ai poli. Ma non è sempre stato secco, freddo e inospitale. Un tempo era caldo, umido e invitante, con acqua liquida che scorreva in superficie formando fiumi, laghi e mari. Aveva anche un campo magnetico avvolgente come quello che circonda il nostro pianeta. Ma durò poco. Come si era formato? E in che modo il Pianeta Rosso lo perse? A queste domande ha provato a rispondere il Kei Hirose del Dipartimento di Scienze della Terra e Planetarie dell'Università di Tokyo.

 “Il campo magnetico terrestre è guidato da correnti convettive enormi di metalli fusi che avvengono nel nucleo. Si pensa che i campi magnetici su altri pianeti funzionino allo stesso modo", ha detto Hirose. “Sebbene la composizione interna di Marte non sia ancora nota, le prove dei meteoriti suggeriscono che si tratti di ferro fuso arricchito di zolfo. Inoltre, le letture sismiche della sonda InSight della NASA dalla 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. Conoscendo questi dettagli, abbiamo ipotizzato delle leghe di ferro e le abbiamo sottoposte a esperimenti”. 

Mars stratificationL'immagine mostra la stratificazione del nucleo di Marte e della Terra, dal passato al presente.
© 2022 Yokoo et al.


L'esperimento

L'esperimento ha coinvolto diamanti e laser.

Yokoo ha realizzato un campione di materiale contenente ferro, zolfo e idrogeno (Fe-S-H), che è il mix che costituiva il nucleo di Marte, secondo il team. Quindi, i ricercatori hanno posizionato il campione tra due diamanti e lo hanno compresso riscaldandolo con un laser a infrarossi per simulare la temperatura e la pressione stimate al centro del pianeta. Le osservazioni dei campioni con raggi X e fasci di elettroni hanno permesso di ipotizzare cosa successe all'interno del pianeta durante la fusione sotto pressione e persino di mappare il modo in cui la composizione del campione, e quindi del nucleo, deve essere cambiata durante quel periodo.

Siamo rimasti molto sorpresi nel vedere un comportamento particolare che potrebbe spiegare molte cose. Il Fe-S-H inizialmente omogeneo si è separato in due liquidi distinti con un livello di complessità mai visto prima con questo tipo di pressioni", ha affermato Hirose. "Uno dei liquidi di ferro era ricco di zolfo, l'altro ricco di idrogeno e questa è la chiave per spiegare la nascita e alla fine la morte del campo magnetico attorno a Marte".

Il ferro liquido ricco di idrogeno e povero di zolfo, essendo meno denso, sarebbe salito al di sopra del ferro liquido più denso ricco di zolfo e povero di idrogeno, causando correnti di convezione. Queste correnti, simili a quelle sulla Terra, avrebbero guidato un campo magnetico in grado di mantenere un'atmosfera attorno al pianeta e l'acqua in superficie. Tuttavia, a differenza delle correnti di convezione interne della Terra che sono estremamente durature, una volta che i due liquidi si separarono completamente, le correnti che pilotavano il campo magnetico smisero di scorrere. E quando ciò accadde, l'idrogeno nell'atmosfera venne strappato via dal vento solare e, con esso, evaporò anche l'acqua negli oceani marziani.

Tutto questo sarebbe avvenuto circa 4 miliardi di anni fa.

Mars immiscibilityQuesta immagine del documento mostra come i due liquidi si sono comportati in condizioni di pressione e temperatura estreme come quelle all'interno del nucleo di Marte. Le due leghe di ferro hanno strane consistenze e sono immiscibili.
Crediti: Yokoo et al. 2022.


Succederà la stessa cosa anche alla Terra?

"Con i nostri risultati ben in mente, si spera che un ulteriore studio sismico di Marte verificherà che il nucleo è effettivamente costituito da strati distinti come previsto", ha affermato Hirose. “Questo ci aiuterà a completare la storia di come si sono formati i pianeti rocciosi, inclusa la Terra, e a spiegare la loro composizione. Potresti pensare che un giorno anche la Terra potrebbe perdere il suo campo magnetico ma non preoccuparti, non accadrà per almeno un miliardo di anni". Ciò significa che il nostro pianeta diventerà naturalmente inabitabile molto tempo prima che il Sole diventi una gigante rossa, tra circa 5 miliardi di anni.