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Viking Lander 2: a proposito di neve su Marte

Il Viking Lander 2 è atterrato su Marte nella piana di Utopia Planitia in un punto situato a circa 48o di latitudine nord alle ore 22:58 del 3 settembre 1976. La sonda era provvista di parecchi strumenti meteorologici nonché di telecamere che ci hanno regalato tra le più belle immagini mai viste prima direttamente dal suolo di Marte. Tra queste immagini, due in particolare, hanno da sempre attirato l’attenzione su di sé. La PIA00571 e la PIA00530, immagini che ritraggono i resti di una nevicata sul suolo adiacente la sonda stessa.

Le due foto sono state scattate a poco più di un anno marziano l’una dall’altra, in particolare la PIA00530 è stata ripresa al 366osol di missione, mentre la PIA00571 è stata ripresa al 961o sol di missione, entrambe poco dopo il mezzogiorno locale. La cosa interessante è lo strato di ghiaccio (o neve) visibile in entrambe le foto.

Chiunque abbia mai assistito ad una nevicata, dovrebbe aver notato che i primi millimetri di neve sono di solito insufficienti a mascherare i dettagli del suolo sottostante; sono necessari almeno 8–10 millimetri di neve fresca per nascondere completamente i dettagli sottostanti.

Posto questo è facile dedurre che nella prima foto lo spessore raggiunga a malapena questo limite, per lo più alla base dei sassi, mentre nella seconda foto il limite di 8–10 mm è stato superato abbondantemente. Nel primo caso infatti, lo spessore sembra oscillare tra 6-8 mm per le zone bianche. In entrambe le foto, grandi zone di terreno risultano comunque scoperte, probabilmente per una temperatura locale più alta.

A questo proposito, la dichiarazione della NASA, a commento dell’immagine del 1979, è veramente sorprendente: “The ice seen in this picture, like that which formed one Martian year ago, is extremely thin, perhaps no more than one-thousandth of an inch thick.” (“Il ghiaccio mostrato in quest’immagine, come quello che si è formato l’anno marziano precedente, è estremamente sottile, probabilmente spesso non più di un millesimo di pollice (un quarantesimo di millimetro)” ).

Sia la NASA che molti altri gruppi di ricerca non hanno di fatto ancora chiarito la reale natura del ghiaccio rappresentato in queste due foto. Si va da chi afferma spudoratamente che si tratti di ghiaccio di anidride carbonica, a chi (come me) sostiene invece che si tratti di ghiaccio d’acqua. La dichiarazione della NASA è ancora più sibillina: visto che non c’erano le condizioni né per il ghiaccio secco né per il ghiaccio d’acqua, facilmente è un miscuglio di entrambe!

Purtroppo i dati meteorologici forniti dal Viking 2 presentano una mancanza di dati proprio per il sol che riguarda la PIA00571, anche se è possibile farsi un’idea dall’osservazione dei sol adiacenti. Per quanto riguarda la PIA00530 disponiamo invece dei dati completi di pressione, temperatura, velocità e direzione del vento.

Per quanto riguarda la pressione atmosferica diciamo subito che dal pomeriggio del sol 365 al mezzogiorno del sol 366, la pressione è salita incessantemente partendo dal valore di 8.88 hPa fino al valore di 9.41 hPa. Questo fatto già di per sé sembrerebbe in netta contraddizione con l’eventuale ipotesi con un eventuale condensazione di anidride carbonica direttamente dall’atmosfera, la quale semmai avrebbe causato una leggera perdita di pressione!

La temperatura del sol 366 ha registrato un minimo di -109.45°C alle prime ore del mattino, con una massima di – 80.84°C. combinando queste due informazioni (temperatura e pressione) è possibile calcolare il livello di saturazione raggiunto dall’anidride carbonica. Si ricava così che il livello di saturazione è oscillato da un minimo di circa 1% ad un massimo del 17.49%, quindi molto lontano dal punto di saturazione (100%) necessario a causare la condensazione dell’anidride carbonica. Trovandoci quindi con livelli di saturazione così bassi è già possibile escludere del tutto l’eventualità che la neve visibile nelle foto suddette possa essere originata dalla condensazione di anidride carbonica, mancando completamente le condizioni necessarie alla sua formazione.

Sembrerebbe facile a questo punto, giocando per esclusione, affermare che si tratti di ghiaccio d’acqua, ma anche qui i problemi non mancano. In particolare data la temperatura, la quantità di acqua contenibile dall’atmosfera si misurerebbe in micrometri ed in particolare, anche ammettendo che alla temperatura massima ci trovassimo già di fronte al 100% di saturazione avremo dovuto ottenere un precipitato massimo di 9.7 micrometri d’acqua i quali possono sviluppare poco meno di un decimo di millimetro di neve, valore molto inferiore a quanto si osserva nelle foto. Ciò è come dire che la quantità massima contenibile dall’atmosfera è circa cento volte inferiore a quanto si osserva.

Vediamo quindi d’analizzare nel dettaglio ciò che si sa per formarci un’idea su ciò che può essere realmente successo.

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In questa immagine si osservano due diverse riprese di Utopia Planitia effettuate dal Viking lander 2 il 13 settembre 1977 e il 18 maggio 1979. Le due singole immagini riprendono un deposito di ghiaccio sulla superficie marziana, sulla cui natura molto è stato scritto ma nulla di conclusivo e mai stato affermato. Per molti si tratta sicuramente di ghiaccio secco, mentre per altri si tratta più probabilmente di ghiaccio d’acqua. Inoltre, l’aspetto ricorda più quello di una nevicata o al limite di un’abbondante brinata, piuttosto che quello del ghiaccio.

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Presentazione NASA dell’immagine del 13 settembre 1977. Secondo quanto riportato il ghiaccio si è apparentemente formato durante la notte ed è parzialmente evaporato durante le ore più calde del giorno successivo. Sempre secondo quanto riportato la temperatura notturna è scesa fino a -113°C ma al momento della ripresa la temperatura era risalita fino a -98°C. Viene anche specificato che nonostante la combinazione temperatura/pressione non fosse sufficiente alla formazione di ghiaccio secco, qualche strano meccanismo superficiale deve aver determinato lo stesso la formazione di ghiaccio secco forse in parte mischiato con ghiaccio d’acqua.

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Presentazione NASA della seconda immagine in questione scattata il 18 maggio 1979. In questa didascalia si specifica anche: ”il momento della formazione del ghiaccio sembra corrispondere quasi esattamente con il precedente anno marziano, rimanendo poi presente per i successivi 100 giorni marziani (SOL). “ ma la vera dichiarazione sorprendente è quella evidenziata: “Il ghiaccio che si vede in questa foto, come quello formatosi l’anno marziano precedente, è estremamente sottile, forse non più di un quarantesimo di millimetro di spessore (letteralmente un millesimo di pollice).” Come è stato possibile osservare dall’immagine 1 parecchie zone della superficie appaiono completamente bianche, cioè il terreno sottostante è interamente coperto dallo strato di neve. Perciò, almeno in quei punti, lo strato di neve deve essere sicuramente dell’ordine di millimetri!

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In questo grafico, combinando tra di loro i valori di pressione e temperatura, è possibile osservare il livello di saturazione relativa della CO2 nell’atmosfera marziana. Com’è ben visibile dal grafico, a parte un singolo evento verificatosi nel SOL 211, il livello della saturazione della CO2 non ha mai raggiunto un livello sufficiente alla condensazione, di fatto escludendo che le nevicate del SOL 366 e SOL 961 possono essere costituite da ghiaccio secco. In effetti, per esempio, a 7 hPa di pressione la temperatura necessaria alla formazione di neve di CO2 è di circa -123°C, temperatura per altro mai raggiunta!

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Grafico delle temperature rilevate dal Viking Lander 2 secondo le tabelle riportate dal Professor Tillman. Come si può notare le temperature sono oscillate da un massimo assoluto di quasi -22oC fino a un minimo (peraltro sporadico e isolato) di -121oC. Sebbene insufficienti alla formazione di ghiaccio secco, stando a questi dati, la quantità di acqua massima contenibile dell’atmosfera durante i mesi invernali è altrettanto insufficiente a giustificare la quantità di ghiaccio osservata.

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In questa ricerca, pubblicata dal Professor Gilbert Levin l’11 agosto 2011 si legge quanto segue: “la temperatura del suolo alla base della testa del collettore del Viking 2 raggiunse 273oK (0oC, il punto di fusione del ghiaccio d’acqua), alle 14:21 ore locale del Lander, nel SOL 41”. La descrizione prosegue spiegando che la temperatura rimase per parecchi minuti ferma a quel valore prima di poter ulteriormente salire. Questa precisazione serve al professor Levin per dimostrare che fosse in atto un processo di fusione del ghiaccio d’acqua. Osservando però il grafico con i dati riportati dal professor Tillman (grafico blu in alto a destra) ci accorgiamo subito che l’evento sembra realmente accaduto ma a -36oC invece che a 0oC. Chi dei due ha ragione?

Questo grafico riporta le misurazioni del Viking 2 (puntini neri) con il grafico calcolato delle temperature massime teoriche raggiungibili dal suolo con le stesse caratteristiche del luogo di atterraggio del Viking Lander 2 (linea blu) e di una superficie di neve fresca alle stesse condizioni di illuminazione (linea rossa). In teoria i puntini neri avrebbero dovuto lambire la linea blu almeno durante il periodo estivo, salvo staccarsi leggermente in direzione della linea rossa durante il periodo invernale a causa della presenza di ghiaccio. Si nota invece come la fascia dei puntini neri sia ben lontana dal limite della linea blu.

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Proviamo a considerare le affermazioni di Levin come attendibili: ci dovremmo trovare di fronte ad un errore sistematico di -36oC!

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Come il grafico precedente con in più riportate le posizioni del SOL 41, 366 e 961 con le relative immagini. E inoltre riportato (in azzurro) il periodo corrispondente alla presenza di ghiaccio riportato dalla NASA. Com’è possibile notare le due immagini sono state scattate posteriormente al minimo di temperatura. È da presumere che la presenza del ghiaccio sia cominciata molto prima, probabilmente intorno a 210o di longitudine solare.

Grafico della pressione di vapore dell’acqua ingrandito per chiarezza in due diversi punti. Questi grafici esprimono anche la quantità massima d’acqua che l’atmosfera marziano può contenere a secondo della temperatura. Volendo calcolare la quantità d’acqua precipitabile al suolo, bisogna fare la differenza tra la temperatura di partenza della massa satura e della temperatura di arrivo dopo il raffreddamento. Secondo varie fonti il contenuto medio dell’atmosfera marziana dovrebbe aggirarsi intorno a 30 micrometri che corrisponde ad una temperatura di condensazione di -73oC. Se noi per esempio passassimo da questa temperatura a circa -93 dovremmo aspettarci un precipitato di 29 micrometri d’acqua corrispondenti a 290 micrometri di neve fresca. È altrettanto evidente che se la condensazione partisse invece da -100o la quantità totale d’acqua contenuta sarebbe nettamente inferiore, dell’ordine di pochi decimi di micrometro.

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Riassumendo tutti questi elementi in un’unica immagine possiamo provare a considerare l’effetto di uno spostamento sistematico effettivo di tutti i dati della temperatura di circa -36oC. In effetti dai dati grezzi il ghiaccio comincia a formarsi a temperature inferiori a -108oC. Come abbiamo visto dalla tabella precedente, se la condensazione cominciasse effettivamente a questa temperatura, la quantità precipitabile d’acqua sarebbe ridicolamente insufficiente a giustificare i depositi osservati, ma se noi aggiungiamo i famosi 36o otteniamo un risultato molto diverso. Come si può verificare dai diagrammi precedenti a -72oC abbiamo un precipitato massimo di circa 34 micrometri corrispondenti a 340 micrometri di precipitato massimo di neve, valore molto più accettabile tanto più considerando il fatto che la deposizione è cominciata almeno da 120 SOLs.

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Dettaglio della temperatura del SOL 366 in cui si osserva un’oscillazione da un minimo di -109.5oC ad un massimo di -81oC. Correggendo questi valori di 36o otterremo un’oscillazione da -73.5oC a -45oC con uno spazio di deposizione da -73.5oC a -73oC corrispondenti a pochi micrometri d’acqua ovvero poche decine di micrometri di neve. Questo è abbastanza corrispondente al fatto che lo strato di neve fosse in fase di assottigliamento in quanto lo spazio di tempo trascorso sopra i -73oC era oramai quasi la totalità del tempo.

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Dettaglio del SOL 961. Qui mancano i dati diretti, desumibili però dai SOL dello stesso periodo. Qui l’oscillazione è presumibilmente tra i -98oC di massima e -118oC di minima. Correggendo questi valori si ottiene un’oscillazione tra -62oC e -82oC, con uno spazio di deposizione che occupa quasi metà del tempo giornaliero da -73oC a -82oC corrispondenti ad un precipitato di circa 23 micrometri d’acqua ovvero 230 micrometri di neve. I dati corretti sembrano quindi più verosimili alle condizioni di accumulo di neve che si osservano nell’immagine del SOL 961.

Stando quindi alle caratteristiche fisiche dell’acqua, sembrerebbe molto verosimile che le temperature, così come riportato dal Professor Tillman, siano affette da uno spostamento sistematico negativo di circa 36° (secondo un evento menzionato dal Professor Levin). Non è possibile determinare se questo spostamento sia indipendente dalla temperatura stessa o se in qualche modo possa variare di entità. Per semplicità proviamo a considerarlo costante ed indipendente dalla temperatura stessa (offset).

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Sovrapponendo i dati del Viking corretti di 36oC (puntini neri) con le due curve teoriche spiegate precedentemente, si osserva come la fascia dei dati reali lambisca la linea blu per buona parte del periodo primaverile-estivo, guarda caso tutto il periodo in cui la curva passa sopra gli 0oC, quasi come se in realtà l’albedo della superficie cominciasse a variare non appena superato il limite del congelamento dell’acqua! Va peraltro sottolineato che il calcolo della linea blu non includeva il calcolo dell’effetto serra causato dall’atmosfera, che da solo dovrebbe aggiungere altri 10° – 20°C !

Viking 2: quello che le nevicate marziane ci svelano…    http://www.youtube.com/watch?v=u5AiU5HDvkk

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