Selfie composito di Curiosity. Crediti: NASA/JPL-CALTECH/MSSS
Mentre il rover Curiosity della NASA portava a termine nelle scorse settimane l’esame particolareggiato degli strati di roccia dell’affioramento “Pahrump Hills” nel Cratere Gale su Marte, alcuni membri del team che sovraintende le operazioni del laboratorio ambulante erano impegnati ad analizzare l’atmosfera marziana alla ricerca dello xeno, un gas nobile pesante, con lo strumento SAM (Sample Analysis at Mars). Poiché i gas nobili sono chimicamente inerti e non reagiscono con altre sostanze nell’aria o nel suolo, funzionano da eccellenti tracciatori della storia climatica. Lo xeno (o xenon) è presente nell’atmosfera di Marte, ma in una percentuale così bassa che la sua misurazione rappresenta veramente una sfida e può essere effettuata efficacemente solo con strumenti in loco, come SAM.
«Quella dello xeno è una misura fondamentale da prendere su pianeti come Marte o Venere, in quanto fornisce informazioni essenziali per comprendere la storia antica di questi corpi celesti e perché risultino così drasticamente differenziati rispetto alla Terra», ha detto Melissa Trainer, uno degli scienziati che hanno analizzato i dati SAM.
Situato all’interno del rover, SAM è un laboratorio per analizzare la chimica dei campioni che vi vengono introdotti, attraverso spettrometria di massa, gascromatografia e spettrometria laser. SAM aveva precedentemente misurato il rapporto tra due isotopi di un altro gas nobile, l’argon. I risultati hanno evidenziato una perdita continua nel tempo di gran parte dell’atmosfera originale di Marte.
Un’atmosfera planetaria è costituito da diversi gas, che sono a loro volta costituiti di varianti dello stesso elemento chimico, chiamati isotopi. Quando un pianeta perde la propria atmosfera, le quantità relative dei vari isotopi ne vengono influenzate. Misurando lo xeno, piuttosto che altri gas, gli scienziati possono ricostruire parte della storia che ha portato alla perdita dell’atmosfera marziana. Questo grazie al fatto che lo xeno si presenta naturalmente in nove diverse forme isotopiche, con masse atomiche che vanno da 124 (con 70 neutroni per atomo) a 136 (con 82 neutroni per atomo).
Prima di essere eseguiti su Marte, tutti i passaggi della misurazione dello xeno isotopico sono stati preparati e provati al Goddard Space Flight Center NASA su una replica esatta di SAM (Sample Analysis at Mars) inserita in una camera climatiche che emula le reali condizioni marziane in cui si trova ad operare Curiosity. Crediti: NASA
Interessando prima gli strati di gas che si trovano più in alto, il processo di perdita dell’atmosfera rimuove più facilmente isotopi leggeri rispetto a quelli pesanti, lasciando un rapporto più elevato in isotopi pesanti di quanto fosse originariamente. La misura effettuata da SAM dei rapporti tra i nove isotopi dello xeno ripercorre un periodo giovanile nella storia di Marte, quando un vigoroso processo di fuga atmosferica strappava via anche gli isotopi più pesanti dello xeno, con una velocità solo di poco inferiore a quelli più leggeri.
Oggi possiamo leggere nell’atmosfera marziana i mutati rapporti di forza tra i diversi gruppi d’isotopi come traccia di quell’ancestrale esodo. Una traccia, rimasta a fluttuare per miliardi di anni, che i ricercatori avevano già intuito alcuni decenni fa dalle misurazioni degli isotopi nelle minuscole bollicine di gas atmosferici marziani, intrappolati nelle rocce del pianeta rosso giunte sulla Terra come meteoriti.
«Abbiamo constatato una notevole corrispondenza dei dati raccolti in situ con quelli dei campioni d’atmosfera inglobata in alcune delle meteoriti marziane», ha detto Pan Conrad, la vice responsabile scientifica di SAM.
Com’è intuibile, l’esperimento sullo xeno ha richiesto una lunga preparazione. In particolare sono stati effettuati approfonditi test al Goddard Space Flight Center NASA di Greenbelt, nel Maryland, utilizzando una copia esatta dello strumento SAM, racchiuso in una camera climatica che simula l’ambiente di Marte.
«Sono veramente gratificato dal successo di questo esperimento e dal fatto che siamo stati in grado di dimostrare questa nuova funzionalità per Curiosity», ha detto Charles Malespín del Goddard, che ha sviluppato e ottimizzato l’intera sequenza di istruzioni da far eseguire a SAM su Marte.