Crediti: NASA/GSFC/Scientific Visualization Studio
Certe volte una sonda spaziale può fare molto anche senza fare nulla. È il caso della nuova mappa del campo gravitazionale di Marte, composta studiando le fluttuazioni orbitali di tre satelliti NASA, attualmente, o in passato, operativi attorno al Pianeta Rosso: Mars Global Surveyor (MGS), Mars Odyssey (ODY), e Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Questi satelliti orbitano attorno al centro di massa del pianeta, e la loro traiettoria sarebbe uniforme se Marte fosse una sfera perfettamente omogenea. Visto che così non è, le navicelle spaziali risentono di un’attrazione gravitazionale che non è esattamente identica in ogni luogo, subendo leggerissimi cambiamenti nella loro velocità e altitudine.
Parametri che possono essere rilevati da Terra attraverso il segnale radio inviato dalle sonde verso le antenne terrestri del Deep Space Network, che presenta minuscole variazioni nel tempo di arrivo e nello “spostamento Doppler”. Anno dopo anno, orbita dopo orbita, questi impercettibili sussulti hanno permesso ora a un gruppo internazionale di ricerca, guidato da Antonio Genova del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di sondare tutto il pianeta e pubblicare sulla rivista Icarus la più dettagliata mappa della gravità di Marte realizzata finora.
La mappa riporta queste variazioni direttamente, attraverso dei codici di colore che rappresentano la differenza con l’attrazione gravitazionale media di Marte espressa in milligal, un’unità di misura dell’accelerazione. Le aree contrassegnate in viola e blu sono quelle in cui l’accelerazione di gravità è inferiore alla media, mentre nelle rosse e bianche risulta maggiore.
La mappa della gravità di Marte evidenzia la regione vulcanica Tharsis e dintorni, dove il colore bianco rappresenta regioni a maggiore gravità rispetto a zone blu di gravità inferiore alla media. Crediti: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
Il campo gravitazionale è stato ottenuto utilizzando circa 16 anni di dati raccolti continuativamente in orbita attorno a Marte. Tuttavia, i cambiamenti orbitali dovuti a irregolarità gravitazionali sono veramente piccoli, soprattutto rispetto ad altre forze che possono perturbare il moto delle navicelle spaziali più intensamente, come la forza della radiazione solare sui pannelli fotovoltaici, o l’effetto di trascinamento indotto dalla sottile atmosfera superiore del pianeta rosso. Ai ricercatori sono occorsi due anni di analisi e simulazioni al computer per rimuovere tutto il “rumore”, ovvero il movimento non causato dalla sola forza di gravità.
«Con questa nuova mappa, siamo stati in grado di vedere anomalie gravimetriche nell’ordine di appena 100 chilometri; abbiamo inoltre abbiamo stabilito lo spessore della crosta di Marte con una risoluzione di circa 120 chilometri», spiega Genova. «La migliore risoluzione della nuova mappa rispetto alle precedenti consente di interpretare come la crosta del pianeta sia cambiata nel corso della storia geologica di Marte in molte zone».
Ad esempio, un’area di bassa gravità tra Acidalia Planitia e Tempe Terra è stata precedentemente interpretata come un sistema di canali interrati che – miliardi di anni fa, quando il clima marziano era più umido di quanto lo sia oggi – hanno trasportato acqua e sedimenti dagli altopiani meridionali alle pianure settentrionali di Marte. La nuova mappa rivela che questa anomalia di bassa gravità è sicuramente più ampia, estendendosi sul confine tra gli altopiani e le pianure. Tutta una serie di considerazioni portano gli autori del nuovo studio a ipotizzare che questa anomalia possa essere conseguenza di una flessione della litosfera, causata della formazione dell’immenso altopiano vulcanico di Tharsis. Mano a mano che crescevano i vulcani di Tharsis, i più grandi dell’intero Sistema solare, la litosfera circostante si sarebbe deformata sotto il loro peso soverchiante.
Mappa della gravità di Marte visto da sopra il polo nord. Crediti: NASA/GSFC/Scientific Visualization Studio
Le nuove misure gravitazionali hanno inoltre permesso ai ricercatori di confermare le precedenti indicazioni riguardo all’esistenza di una parte liquida del nucleo di Marte, composta di roccia fusa. Ma anche il ghiaccio secco di cui sono composte le calotte polari ha avuto un momento tutto suo di gloria gravitazionale. Il nuovo studio ha infatti determinato che, quando sull’emisfero settentrionale cala l’inverno, una quantità di circa 4 mila milioni di tonnellate di anidride carbonica proveniente dall’atmosfera si congela sulle calotta polare; stesso fenomeno avviene nell’emisfero meridionale, ma in quantità minore. Si tratta di una precipitazione stagionale – osservata per la prima volta dalla sonda Viking della NASA – veramente ingente, riguardando circa il 12-16 per cento della massa dell’intera atmosfera marziana.
Infine, secondo gli autori del nuovo studio, una mappa così accurata della gravità servirà anche – come ogni mappa che si rispetti – a navigare, aiutando a mettere le future sonde spaziali in orbita con maggiore accuratezza. Una mappa del tesoro, se si vuole, per le informazioni che porta e per la possibilità di incrementare il ricco bottino di dati scientifici che la flotta di navicelle marziane ci hanno finora consegnato.
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