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Il Cratere Gale

 

La prima immagine raccolta dal rover Curiosity scattata la mattina del 6 agosto dalla telecamera grandangolare stereo (camera di sinistra). L’obbiettivo è ancora protetto da una copertura trasparente antipolvere che verrà rimossa in seguito.

 

Nell’ambito della missione esplorativa Mars Science Laboratory (MSL), la sonda Curiosity è atterrata all’interno del cratere Gale, un cratere di circa 150 km di diametro posto approssimativamente 5,5 o sotto l’Equatore, il quale presenta molti punti d’interesse. Questa missione dovrebbe essere di fondamentale importanza per la ricerca delle passate condizioni climatiche di Marte nonché per la ricerca dell’eventuale presenza di tracce biologiche. Visto che già la NASA si prodigherà nel diffondere informazioni relative alla missione stessa, ho deciso di colmare un vuoto che di solito si lascia in questi casi, cioè una dettagliata descrizione del luogo dell’atterraggio.

 

Curiosity è atterrata regolarmente all’interno della zona prevista a 4° 35′ 22″ latitudine Sud e 137° 26′ 30″ longitudine Est, 4446 metri sotto il livello medio marziano.

Per entrare bene nei dettagli dell’esplorazione che compirà Curiosity è importante stabilire cosa già sappiamo o cosa ci possiamo aspettare, in questo caso, nel cratere Gale. Già per altre missioni esplorative della NASA, ho percepito una mancanza di informazioni tecniche riguardanti il sito esplorato. In questo modo per un eventuale lettore diventa più difficile capire l’importanza di alcuni rilevamenti, laddove invece alcune informazioni desterebbero facilmente perplessità. Abbiamo già visto in precedenza come siano state spacciate nevicate d’acqua per nevicate di CO2, o come le temperature rilevate dal Pathfinder all’Equatore siano praticamente identiche alle temperature rilevate dalla Phoenix all’interno del circolo polare nord, senza che nessuno abbia mai sollevato il minimo dubbio.

Questa volta vorrei evitare tutto ciò raccogliendo più informazioni possibili prima dell’atterraggio stesso in modo da facilitare, per chiunque ne abbia voglia, l’apprezzamento dei risultati che arriveranno. Sono anche convinto del fatto che questa volta la NASA sarà quasi ‘obbligata’ a lasciare trapelare informazioni che in altri tempi non si sarebbero mai sognati di divulgare! Essendo abbastanza certo di questo punto voglio provare a giocare d’anticipo, almeno sui punti che personalmente ritengo importanti. E` importante infatti una buona conoscenza climatica e geologica del luogo di atterraggio, almeno secondo ciò che è possibile reperire pubblicamente. Tutte le informazioni che citerò saranno rigorosamente tratte da fonti scientifiche autorevoli, accompagnate da commenti e calcoli aggiuntivi di riscontro.

Come accennavo prima, il cratere Gale si trova appeno sotto l’Equatore marziano per la precisione, il pico centrale si trova a -5,471o di latitudine e 137,966o Est di longitudine. La zona in cui è situato il cratere va da un’altitudine massima di 200 metri ad un’altitudine minima di -3000 metri praticamente in direzione nord. La parte interna del cratere è composto da un picco centrale che raggiunge la quota di 700 m mentre invece il fondo del cratere spazia da -1500 m fino a -4500 m, sempre in direzione nord. Questo ci dà un ‘idea delle proporzioni a della geometria del cratere stesso, tenendo presente che Curiosity è atterrato nello spazio compreso tra il picco centrale e il fondo del cratere in direzione Nord Nord-Ovest, praticamente nel punto più basso del fondo stesso, a -4446 m di altitudine.

 

Rappresentazione altimetrica a falsi colori della parte Nord del cratere Gale.

In queste condizioni Curiosity dovrebbe rilevare una pressione barometrica dell’atmosfera più alta di quella rilevata dalle sonde Viking che sono atterrate ad una quota rispettivamente di -1500 m e – 3000 m. Secondo le mappe di albedo fornite della NASA il valore medio rilevato è 0,193, con un minimo di 0,111 e un massimo di 0,278; il luogo previsto per l’atterraggio presenta un albedo medio di 0,171. E` importante conoscere questi valori, perché da questi valori è possibile calcolare la temperatura massima giornaliera, tenendo conto ovviamente dell’altezza massima dei raggi solari in relazione alla stagione marziana. Dall’inclinazione dei raggi, dalla distanza di Marte dal sole e dall’albedo è possibile quindi ricavare la temperatura usando la legge di Boltzmann.

 

Temperatura massima calcolata in base alla legge di Boltzmann a confronto con i rilevamenti TES dall’equatore a -10° di latitudine.

Applicando infatti questo principio alle condizioni del cratere Gale, abbiamo già le prime sorprese, in particolare se le si confronta con i dati forniti dal TES. Nel grafico di confronto tra i dati da me calcolati e i valori forniti dal TES per la latitudine 0o e -10o, si nota una certa discrepanza tra le temperature di quelle latitudini e i valori teorici, i quali potrebbero trovare una spiegazione solo accettando dei valori di albedo molto più alti di quelli reali. Dall’analisi completa dei dati delle temperature forniti del TES si evince che Marte dovrebbe avere una albedo medio di 0,44, laddove l’albedo visuale è di 0,15 e l’albedo geometrico è di circa 0,3. Sempre secondo i dati del TES l’albedo stesso varia in funzione della temperatura, comportamento questo alquanto curioso! Infatti la mappa di albedo fornita dalla NASA varia da un minimo di 0,08 fino ad un massimo di 0,32, mentre secondo i dati TES l’albedo varia fino ad un massimo di 0,84 per le regioni polari e fino a 0,56 nelle regioni equatoriali. L’unica spiegazione a questo fenomeno, prendendo ovviamente i dati TES come corretti, sarebbe la massiccia presenza di formazioni nuvolose specialmente nei momenti più freddi, in contrasto con le attività legate alle tempeste di sabbie che di solito si verificano nei momenti più caldi, fatto che di per sé esclude le tempeste di sabbie dalla spiegazione di questo fenomeno. Essendo però questo fatto non confermato, sarebbe più corretto dedurre la presenza di una percentuale di errore variabile nei dati TES, in particolare sulle temperature più basse, come appunto mostrato nel grafico suddetto.

Rifacendoci quindi ai dati TES ci aspetteremo delle variazioni di temperatura da un minimo di -16o, ad un massimo di +31oC. Invece, secondo i dati da me calcolati, tenendo conto dei diversi gradi di albedo mi aspetterei delle variazioni a partire da un minimo di -2oC fino ad un massimo di quasi 49oC, per quanto riguardo l’intero cratere. Invece, per quanto riguarda la zona specifica di atterraggio i valori varierebbero da un minimo di 8oC ad un massimo di 43oC, praticamente sempre sopra il punto di congelamento dell’acqua, almeno per quanto riguarda la temperatura massima giornaliera. Come si può inoltre notare la temperatura dovrebbe facilmente superare persino i 40oC. Altra cosa da tener presente è il momento in cui la sonda è atterrata all’interno del cratere Gale, il 6 agosto 2012, momento in cui Marte si troverà alla longitudine solare (Ls) 150,4 cioè poco prima dell’equinozio di primavera per l’emisfero sud. Sempre secondo il grafico in quel momento, le temperature dovrebbe raggiungere un massimo di 26oC con tendenza in salita. Ricordiamoci quindi che eventuali fenomeni legati alla presenza di acqua liquida, ci forniranno grosse informazioni sulla reale densità atmosferica marziana. Il cratere Gale infatti presenta anche una certa presenza d’acqua, con una percentuale che ci aggira tra i 6 e l’8% della massa del terreno, fatto comprovato anche della presenza di Gullies! Sarebbe quindi estremamente interessante poter osservare in diretta, proprio dalle telecamere di Curiosity queste fuoriuscite d’acqua dal sottosuolo, nonché il comportamento stesso dell’acqua una volta in superficie. Se infatti la temperatura del suolo dovesse superare i 40oC, allora dovremo spostare il limite inferiore per la densità atmosferica marziana, a non meno di 80 hPa! Non aspettiamoci certo che informazioni simili vengano sbandierate dai media, anche se ovviamente dovranno essere reperibili on line.

 

Combinando riprese infrarosse diurne e notturne, ho ottenuto questa mappa a falsi colori in cui il rosso rappresenta le aree che tendono a scaldarsi più velocemente durante il giorno, mentre il verde rappresenta le aree che tendono a conservare più calore durante la notte; tutto il resto è riprodotto in blu.

Un’altra riprova della presenza di acqua all’interno del cratere Gale, ci viene fornita dalle immagine termiche infrarosse scattate sia di giorno che di notte. L’analisi di queste due riprese ci fornisce infatti delle informazioni molto preziose sulla natura fisica del suolo. Ciò che appare più luminoso in una foto termica durante il giorno, è dato da tutto ciò che è in grado di assorbire velocemente l’energia termica solare cambiando rapidamente la propria temperatura. Vice versa ciò che rimane più luminoso in una foto termica notturna, è dato da tutto ciò che tende ad accumulare energia termica, disperdendola e assorbendola molto più lentamente del resto. Questo processo, altrimenti chiamato inerzia termica è anche un indicatore della densità di un corpo. Infatti un oggetto a bassa densità tende a riscaldarsi (o raffreddarsi) molto più velocemente di un oggetto con una densità più alta, che vice versa reagirà molto più lentamente ai cambi di temperatura.

Tutti più o meno sappiamo che vivere vicino a grosse masse d’acqua porta ad avere meno sbalzi di temperatura tanto verso il basso quanto verso l’alto, come per esempio sulle coste di oceani o mari. Confrontando quindi le due riprese infrarosse, diurna e notturna, possiamo costruire una mappa della distribuzione dell’inerzia termica del cratere Gale. Nella mappa mostrata, il rosso corrisponde alle zone più calde durante il giorno e quindi a bassa inerzia termica, il verde rappresenta le zone più calde di notte e quindi ad alta inerzia termica, tutto il resto è rappresentato in blu. Comparando questo tipo di analisi con altre zone di Marte è facile concludere che in molti casi il verde ci indica dei veri e propri depositi d’acqua, in quanto coincide con le zone di fuoriuscita di Gullies e le sottostanti zone di raccolta. Non può certamente essere considerata come una certezza della presenza di acqua, in quanto altri materiali potrebbero mimare lo stesso comportamento, ma è vero altresí che tutte le zone in cui si osserva la fuoriuscita d’acqua, nonché le zone di raccolta, appaiono sempre verdi in questo tipo di analisi.

Altro indizio a favore della presenza d’acqua e il rilevamento di minerali d’argilla di tipo sedimentario ed erosivo che si formano solo in presenza d’acqua. Sono la testimonianza dell’antica abbondanza d’acqua sulla superficie di Marte, ma probabilmente potrebbero anche derivare dal trasporto d’acqua che fuoriesce dal versante interno della cresta del cratere. Questa acqua potrebbe trasportare a valle i materiali erosi durante la discesa, ma ovviamente servono analisi dirette per capirne la natura, soprattutto se si vuole stimare l’età di questi sedimenti. Sarà altresí di grande interesse lo studio ravvicinato di questi sedimenti che potrebbero benissimo accorpare i residui fossili di eventuali forme di vita allora presenti.

Per quanto riguarda l’aspetto meteorologico è interessante tener presente che la data dell’atterraggio sul Marte può essere studiata usando come riferimento il video Mars Weather tenendo presente che il 6 agosto 2012 corrisponde allo stesso giorno del calendario marziano, ma ovviamente di uno o due anni precedenti, rapportandosi alle date del 1 novembre 2008 e del 19 settembre 2010, entrambe corrispondenti al 319o sol del anno marziano. Quello che si nota sul video suddetto è una circolazione prevalente da ovest verso est con corpi nuvolosi a volte provenienti dal vicino altopiano di Elysium, dove sono costantemente presenti grosse formazioni nuvolose probabilmente di origine orografica. Molto più spesso, i corpi nuvolosi provengono dal bacino di Hellas, costantemente invaso da nuvole che frequentemente si distaccano e si propagano anche in direzione del cratere Newton. Si notano anche alcune formazioni nuvolose associate a tempeste di sabbie, che però nel video appaiono più scure e virate verso l’arancione, contrariamente alle nubi d’acqua che appaiono chiaramente bianchicce o leggermente virate verso il blu.

 

L’ 01/11/2008 a 2:24, corrisponde al 319o sol del anno marziano, come per il 06/08/2012.

 

A questo proposito è molto interessante notare come le nubi che si osservano nel video citato arrivano ad oscurare completamente i dettagli sottostanti durante il loro passaggio, mentre alcune di esse hanno la tipica compattezza delle nubi terrestri, soprattutto quelle di natura orografica. Ma, com’è possibile una tale saturazione d’acqua quando ufficialmente se precipitassimo tutta l’acqua dell’atmosfera al suolo otterremo uno strato spesso circa 1/30 di millimetro?

Infatti, secondo i rilevamenti dei Viking e altre sonde il precipitato d’acqua su Marte non dovrebbe superare mai il decimo di millimetro. Ma una quantità così esigua d’acqua, per lo più disciolta in una colonna d’aria di 11 km, non dovrebbe avere nessuna rilevanza sulla trasparenza ottica dell’atmosfera, neanche se portata a saturazione. Eppure la rilevanza ottica c’è ed è ben visibile, e costituisce un altro punto di disaccordo con i dati ufficiali forniti. Per potersi aspettare un minimo di rilevanza ottica, le concentrazioni di vapore d’acqua o di cristalli di ghiaccio in generale, dovrebbero ammontare ad un precipitato di almeno un paio di millimetri, ma questo è possibile solo se consideriamo la temperatura media di Marte a non meno di -40oC. Infatti la concentrazione d’acqua nell’atmosfera dipende essenzialmente dalla temperatura, indipendentemente dalla pressione atmosferica in sé, la quale è determinante solo nello stabilire le fasi possibili. Normalmente si considera come temperatura media di Marte -63oC. A quella temperatura, in effetti la concentrazione di acqua non può superare la pressione parziale di 0,011 hPa ovvero un precipitato di 114 micron. Volendo mettere una pressione parziale di almeno 0,25 hPa sarebbe necessario avere una temperatura media di -37o invece dei -63oC attualmente dichiarati. Stranamente se applicassimo al modello termico di Marte un minimo di effetto serra, visto che la sua atmosfera è composta quasi prevalentemente da anidride carbonica, otterremo facilmente una temperatura media tra i -40 e i – 35oC; semplice coincidenza? Questo fatto ovviamente influirebbe di più sulle temperature minime notturne, ma a questo proposito i dati sono poco chiari. Per me, rimane evidente che la quantità ufficiale di acqua contenuta nell’atmosfera non rende assolutamente merito a i fenomeni osservati.

 

Images credits: NASA / JPL / Caltech / MSSS

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