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Intro
Facciamo il punto sull’esplorazione del confine occidentale del cratere Jezero che il rover Perseverance sta conducendo nell’attuale fase della sua missione. Nella seconda parte della rubrica vedremo poi tre studi di recente pubblicazione: uno basato sul lavoro di Perseverance e altri due sulle analisi svolte da Curiosity nei pressi della ragione di Aeolis Mons, noto informalmente come Monte Sharp. Si parte!
Un campione polveroso e nuovi impieghi per vecchi strumenti
Nell’ultima puntata pubblicata nel numero 273 di Coelum Astronomia avevamo lasciato Perseverance al termine del prelievo di Green Gardens, il 27esimo campione estratto nel Sol 1420. Le varie analisi condotte sulle polveri del foro hanno visto anche un utilizzo inedito del sensore di contatto del braccio robotico. Tale sensore viene usato per individuare con precisione la posizione delle rocce sulle quali si intende posare il trapano in modo che la punta non risulti essere troppo lontana dal punto prescelto o, al contrario e con esiti potenzialmente catastrofici, troppo vicina.
Il rover impiega per la prima volta questo strumento con lo scopo di compattare ripetutamente la polvere del foro e, una volta ottenuta una superficie omogenea, condurre le analisi spettrali con la camera SHERLOC montata sulla torretta del braccio robotico. Green Gardens costituisce il primo incontro di Perseverance con minerali serpentini, di particolare interesse nella ricerca delle biosignature grazie ai processi coinvolti miliardi di anni fa nella loro formazione e che avrebbero potuto fornire delle condizioni favorevoli per il sostentamento di colonie batteriche in un ambiente acquatico.
Ma relativamente alla raccolta del campione non ci si può ancora rilassare. Le polveri di Green Gardens si rivelano un grosso problema perché durante il prelievo si sono depositate sul bordo esterno della fiala di raccolta. Il meccanismo di chiusura dei contenitori cilindrici è basato su un sistema a pressione tarato con precisione, quindi la presenza di polvere e detriti interferisce con gli apparati i quali bloccano l’operazione nonostante la fiala venga anche ripetutamente “spolverata” da un sistema di pulizia integrato nell’apparato di manipolazione dei contenitori. Il team scientifico si trova a valutare alcune opzioni tra cui continuare a provare la chiusura o persino scartare il campione per prelevarne un altro. Tutte alternative che purtroppo avrebbero richiesto di rallentare le operazioni per alcuni giorni, perciò alla fine è stato deciso di tenere aperta la fiala ancora per qualche Sol e nel frattempo far proseguire Perseverance nel suo percorso, in tal modo gli ingegneri hanno avuto tempo di mettere a punto una strategia per provare a sigillare la preziosa fiala. È nel Sol 1433, a 338 metri dal luogo di raccolta e dopo una nuova sequenza di pulizia, che il contenitore con Green Gardens sarà finalmente chiuso e messo al sicuro.
Broom Point e il suo terreno a strisce
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Ancora prima della chiusura del contenitore, Perseverance aveva ripreso il suo spostamento per dirigersi verso una nuova zona di interesse denominata Broom Point, sempre all’interno della regione Witch Hazel Hill che sta esplorando ormai da svariate settimane. Qui, visibili anche nella mappa realizzata con le immagini orbitali, ci sono dei particolari strati scuri che si alternano a zone più chiare. Sono proprio queste formazioni che hanno catturato l’interesse del team scientifico: strati differenti testimoniano varietà di eventi geologici avvenuti in passato che possono includere il deposito di sedimenti o ceneri vulcaniche, o flussi di lava. La scienza di contatto, che include l’abrasione delle rocce e il prelievo di campioni, è ciò che ci aiuterà a comprendere meglio la storia di questa regione.
Il primo “assaggio” di Broom Point avviene nel Sol 1436 (5 marzo) quando la punta abrasiva viene azionata sul target Slants River. L’esperienza insegna che su Marte niente può essere dato per scontato e infatti, nonostante Perseverance abbia ormai abraso più di 30 rocce, qualcosa di inaspettato può sempre accadere. Avviene così che, sottoposta alle sollecitazioni del trapano, la roccia si spacca in modo particolare producendo una superficie disomogenea. In un primo momento questo rappresenta un problema per le analisi spettrali con PIXL e SHERLOC, che devono operare a pochi mm dalla roccia, ma non per la camera macro di WATSON che può contare su un margine operativo maggiore. Grazie a una serie di immagini dell’abrasione catturate da vari punti di vista, il team scientifico riesce a generare un modello della superficie che in seguito viene impiegato per pilotare con precisione lo strumento PIXL. In questo modo si riescono a eseguire le analisi spettroscopiche e caratterizzare la roccia appena esposta anche ai raggi X.
Il prelievo vero e proprio avviene il 10 marzo: il campione, denominato Main River, ha una lunghezza di 4,32 cm e si presenta compatto. Stavolta non ci sono problemi per il sistema di manipolazione e chiusura delle fiale che sigilla il contenitore dopo meno di 4 ore dall’inizio dell’operazione di carotaggio.
Tre giorni dopo, nel Sol 1444, viene tentato un nuovo prelievo sempre su Broom Point. Qui le cronache si fanno nebbiose perché l’operazione non è stata documentata nei canali di comunicazione della NASA e ci dobbiamo basare sulle immagini grezze messe a disposizione. Il campione roccioso viene prelevato dal basamento ma risulta parzialmente bloccato nel meccanismo di estrazione integrato nella punta del trapano. Dopo la foto della MastCam-Z, (vedi immagine), si perdono le tracce del campione: le foto successive mostrano la punta nuovamente sgombra di materiale e anche le immagini di CacheCam, la camera che documentata lo stato delle fiale prima della loro chiusura, mostrano un contenitore totalmente vuoto. Possiamo ipotizzare che, visto il parziale insuccesso del prelievo, i tecnici abbiano accettato di scartare il campione lasciandolo al suolo. Tuttavia non siamo in grado di confermare l’ipotesi perché all’indomani delle operazioni il rover viene fatto spostare rendendo così impossibile cercare nelle immagini dei dintorni di Perseverance l’eventuale residuo del prelievo. Fortunatamente Marte si è dimostrato pronto a farci dimenticare in fretta questa possibile disavventura presentandoci una nuova straordinaria roccia.
Durante la sequenza di attività svolte in prossimità di Broom Point un’ulteriore roccia ha attirato le attenzioni degli scienziati NASA la cui superficie risulta costellata di minuscole sferette grigie grandi non più di pochi millimetri. Molte delle bolle sono perfettamente sferiche, altre sono schiacciate o spezzate a metà. Nel Sol 1442 Perseverance ha osservato i dettagli della curiosa roccia, denominata St. Pauls Bay, con le camere zoom MastCam e con il telescopio SuperCam RMI.
Sferule marziane
Le picciole formazioni rocciose vengono chiamate sferule, nome condiviso con piccole concrezioni sferiche che lo stesso rover aveva incontrato mesi fa nella zona di Neretva Vallis (si veda a riguardo Coelum Astronomia 269). Ma mentre in quel caso si trattava di caratteristiche generate dall’interazione delle rocce con l’acqua, nel caso delle sferule di St. Pauls Bay dobbiamo guardare altrove.
I geologi ritengono infatti che potremmo trovarci difronte ad una roccia erratica, termine con cui si definisce un oggetto che non si trova nel suo luogo d’origine. Le sferette non solo sono sferiche, ma anche lucide, con fori e deformazioni tipiche dei processi ad alta energia. Secondo alcuni ricercatori un’ipotesi molto attendibile è che si tratti di sferule da impatto: gocce di roccia fusa espulse durante un gigantesco impatto meteorico e poi ricadute al suolo, raffreddandosi rapidamente in volo. Ma a quale impatto sarebbero riconducibili? Potrebbero essersi formate durante lo stesso impatto che ha generato il cratere Jezero oppure essere il risultato di un evento ancora più antico, come quello in grado di formare il gigantesco bacino Isidis. Nella seconda ipotesi probabilmente le sferule sarebbero state riportate in superficie dal successivo impatto di Jezero.
L’ulteriore scoperta a seguire di rocce simili incastonate all’interno del substrato roccioso, cioè saldamente integrate nella roccia madre e non semplicemente appoggiate sopra come frammenti trasportati, potrebbe indicare che le sferule siano effettivamente parte della formazione geologica del sito stesso e non elementi estranei finiti lì in un secondo momento. Una prova che rafforzerebbe la prima ipotesi e che quindi le sferule si siano formate durante l’impatto che ha creato il cratere Jezero, coerentemente con la storia geologica della regione tratteggiata fino a questo momento, e senza richiedere per la loro genesi la presenza di acqua.
Grazie ad analisi eseguite da Perseverance a cavallo tra ottobre 2023 e ottobre 2024, nel cratere Jezero sono state recentemente confermate rocce contenenti silice idratata e quarzo. Sono materiali che sulla Terra si formano in ambienti dove l’acqua calda interagisce con le rocce e che possono conservare tracce di antiche forme di vita. Questa scoperta, pubblicata a febbraio in uno studio a prima firma di Pierre Beck (From hydrated silica to quartz: Potential hydrothermal precipitates found in Jezero crater, Mars), rappresenta la prima rilevazione inequivocabile di quarzo cristallino sulla superficie marziana e aggiunge un tassello fondamentale alla comprensione della storia idrotermale del Pianeta Rosso.
Silice e quarzo su Marte
Utilizzando la strumentazione del rover, in particolare SuperCam che combina spettroscopia Raman, infrarossa e LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), i ricercatori hanno analizzato sei rocce erratiche e identificato in esse tre tipi di silice: opale idrato, calcedonio e quarzo puro, ciascuno associato a diversi livelli di maturità e condizioni di formazione.
La presenza di questi materiali suggerisce che nella regione di Jezero un tempo esistesse un sistema idrotermale, probabilmente innescato dall’impatto che formò il cratere stesso, dove l’acqua calda circolava nelle fratture della crosta marziana sciogliendo e poi depositando silice in base alla profondità e alla temperatura. Secondo il modello proposto, il quarzo si sarebbe formato in profondità, il calcedonio a livelli intermedi e l’opale in superficie, dando luogo a una sequenza minerale simile a quella osservata nei sistemi idrotermali terrestri. Queste rocce sono particolarmente interessanti dal punto di vista astrobiologico: sulla Terra materiali simili sono noti per la loro capacità di preservare microfossili e composti organici per miliardi di anni grazie alla protezione offerta dalla matrice di silice.
Sebbene il rover non sia stato in grado di analizzare direttamente la presenza di molecole organiche in questi campioni, i risultati aprono prospettive promettenti per le future missioni di ritorno dei campioni sulla Terra dove gli strumenti di laboratorio potranno cercare eventuali firme biologiche con maggiore precisione.
Molecole organiche molto lunghe per Curiosity
Il rover Curiosity della NASA continua a produrre scienza di elevatissimo livello. Stavolta (o per meglio dire nel 2013), frugando tra le polveri di un antico lago marziano, ha scovato le più grandi molecole organiche mai trovate sul Pianeta Rosso. La scoperta è stata pubblicata il 24 marzo sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences e alimenta l’ipotesi che la chimica prebiotica su Marte possa essere stata più complessa di quanto immaginassimo.
Gli scienziati hanno analizzato un campione di roccia prelevato da Curiosity nel 2013 nel sito chiamato Cumberland nella zona di Yellowknife Bay. Il campione è stato riscaldato all’interno dello strumento SAM (Sample Analysis at Mars) a bordo del rover, un forno in miniatura capace di raggiungere i 1000°C. Durante il riscaldamento le molecole organiche intrappolate nella roccia si sono decomposte e trasformate in gas, che sono poi stati analizzati da strumenti di spettrometria di massa. È così che sono stati identificati tre composti: decano, undecano e dodecano, catene lineari di carbonio con rispettivamente 10, 11 e 12 atomi. Si potrebbe trattare di frammenti di acidi grassi, molecole fondamentali sulla Terra per la costruzione delle membrane cellulari ma ciò non implica un’origine biologica: gli acidi grassi possono anche formarsi senza la presenza di vita, grazie a reazioni chimiche naturali come quelle che avvengono nelle bocche idrotermali.
Il fattore emozionante, se volete, è che finora su Marte sono stati individuati solo composti organici piuttosto semplici. I nuovi ritrovamenti invece mostrano che la chimica organica su Marte potrebbe essersi spinta più in là, forse fino a livelli compatibili con l’origine della vita. Inoltre, la scoperta dà una speranza concreta di trovare anche quelle molecole biologiche che possono essere considerate vere firme della vita passata, le cosiddette biosignature.
La ricerca fornisce un’altra buona notizia, ovvero che se questi composti hanno resistito per miliardi di anni nonostante le difficili condizioni marziane allora se su Marte è mai esistita la vita, potremmo ancora avere una chance di trovarne le tracce.
La zona di Yellowknife Bay già a suo tempo si mostrò come interessante per gli scienziati. Si tratta infatti di un’area che un tempo ospitava un lago e quindi offrendo le condizioni ideali per preservare molecole organiche nel fango sedimentario. Le analisi precedenti su Cumberland avevano già rivelato un mix di argille (formatesi in acqua), zolfo (perfetto per conservare le molecole organiche), nitrati (importanti per la vita sulla Terra) e perfino metano con un tipo di carbonio che sulla Terra è associato ai processi biologici. Insomma, se dovessimo scegliere un posto su Marte dove un giorno scovare prove di vita passata, Yellowknife Bay sarebbe un candidato ideale.
Un altro obiettivo perseguito dagli autori dello studio è la possibilità di trovare catene organiche ancora più lunghe di 13 atomi di carbonio cioè una prova talmente significativa da poter persino escludere, per questi composti, l’origine non biologica con processi che tipicamente generano catene più corte di 12 atomi. Purtroppo gli strumenti in possesso di Curiosity e in particolare SAM, utilizzato per queste analisi, non sono ottimizzati per rilevare catene più lunghe di quelle già individuate.
La scoperta del rover non fa che confermare una volta di più l’importanza di portare sulla Terra campioni marziani per analizzarli con strumenti avanzati impossibili da spedire sul pianeta rosso.
Il ciclo del carbonio
Ancora una volta, grazie ai dati del rover Curiosity, sono stati scoperti minerali che raccontano una storia affascinante: miliardi di anni fa su Marte era attivo un ciclo del carbonio.
Si ritiene da tempo che Marte possedesse un’atmosfera molto più densa e ricca di anidride carbonica di quella attuale. Le ricerche portate avanti sino a questo momento tuttavia fallivano nel trovare le evidenze fossili di un simile composto. Lo studio pubblicato sulla rivista Science il 17 aprile (Carbonates identified by the Curiosity rover indicate a carbon cycle operated on ancient Mars, Tutolo et al.) segna un punto di svolta nella comprensione della storia del clima e della geochimica del pianeta rosso.
Se, come ipotizzato nei modelli, Marte ha goduto di un’atmosfera con abbondanza di CO2, le prove dovrebbero nascondersi nelle rocce: l’anidride carbonica e l’acqua reagiscono e formano minerali carbonati. Le cronache delle attività dei rover marziani abbondano di rinvenimenti di questi minerali, ma sino a questo momento le indagini spettrali compiute dagli orbiter e quelle in situ con gli strumenti in dotazione ai robot non avevano mai rilevato quantità di carbonati sufficienti a confermare le teorie.
Tra la fine del 2022 e l’autunno del 2023 Curiosity ha affrontato un’avanzata verso sud in direzione di Aeolis Mons che ha visto il rover risalire circa 90 metri di quota. Durante la sua esplorazione della formazione sedimentaria denominata Mirador, Curiosity ha analizzato quattro campioni prelevati da diverse profondità con il suo strumento CheMin, in grado di identificare i minerali attraverso la diffrazione a raggi X.
Nella sua ricerca di carbonati alla base della formazione, il rover ha prelevato il primo campione il 19 ottobre 2022. Canaima, questo il suo nome, mostrava la presenza di cristalli di starkeyite.
Curiosity ha poi proseguito il suo spostamento entrando nella formazione geologica denominata Marker Band. In questa regione, tra i Sol 3752 e 3980 (marzo-ottobre 2023), il rover ha analizzato tre campioni: Tapo Caparo, Ubajara e Sequoia (si vedano a riguardo Coelum Astronomia 262 e 266).
In essi i ricercatori hanno individuato abbondanza di siderite (FeCO₃), un minerale carbonatico ferroso presente in concentrazioni fino al 10% in peso rispetto alla roccia. È la prima volta che questo tipo di carbonato viene trovato in quantità così elevate su Marte, e prima d’ora la sua rilevazione così abbondante era sfuggita alle osservazioni orbitali perché ricoperta superficialmente da altri minerali.
La siderite si forma in ambienti poveri d’acqua ma ricchi di anidride carbonica e con condizioni chimiche riducenti, cioè in assenza di ossigeno. Le analisi suggeriscono che questi carbonati si sono depositati attraverso l’evaporazione di acque sotterranee, in una fase in cui l’ambiente era abbastanza alcalino da permetterne la precipitazione.
Questa scoperta dimostra che miliardi di anni fa su Marte esistevano fluidi che reagivano con le rocce del sottosuolo in modo simile a quanto avviene sulla Terra. Ma soprattutto la presenza di questi minerali implica che una parte dell’atmosfera marziana fu sequestrata nelle rocce attraverso reazioni chimiche.
Le stime, basate su analisi spettrografiche orbitali, ipotizzano che i carbonati abbiano trattenuto tra 0,01 e 1 bar di anidride carbonica.
Nelle descrizioni dei ricercatori, miliardi di anni fa il pianeta rosso era molto diverso da Marte come lo conosciamo ora. L’attuale atmosfera contiene soli 6 mbar di CO2, ma in passato si stima che le sole eruzioni vulcaniche abbiano contribuito ad alimentare l’atmosfera portandola sino a 10 bar. Anche tenendo conto del gas disperso nello spazio (circa 3 bar) ci sarebbe comunque stata sufficiente pressione per consentire all’acqua di rimanere stabilmente allo stato liquido.
Ma la storia non finisce qui: i ricercatori hanno anche identificato minerali come ematite, goethite e akaganeite che sono derivati dalla diagenesi della siderite (cioè l’insieme dei processi che trasformano i sedimenti in rocce compatte successivamente alla loro deposizione) in condizioni ossidanti. Ciò indica che una parte del carbonio, inizialmente intrappolata nei carbonati, fu successivamente rilasciata nell’atmosfera marziana chiudendo così un ciclo del carbonio parzialmente simile a quello terrestre.
Anche se queste scoperte provengono da un’unica area del cratere Gale, i ricercatori ipotizzano che sedimenti simili possano essere presenti in molte altre regioni del pianeta. Se confermata, la presenza diffusa di siderite potrebbe significare che Marte ha sequestrato (e in parte rilasciato) quantità di CO₂ compatibili con quelle che si osservano attualmente nell’atmosfera del pianeta.
“Perforare la superficie stratificata marziana è come sfogliare un libro di storia” ha enfatizzato il ricercatore Thomas Bristow, coautore dello studio. “Bastano pochi centimetri di profondità per darci un’ottima idea dei minerali che si sono formati sulla superficie o nelle sue immediate vicinanze circa 3,5 miliardi di anni fa.”
Questa scoperta rafforza l’idea che Marte non sia sempre stato il deserto gelido che conosciamo oggi. La sua storia geologica rivela un mondo dinamico, con acqua liquida, reazioni chimiche attive e un’atmosfera capace di trasformarsi. E chissà: dove c’è un ciclo del carbonio, potrebbe esserci stata anche una nicchia abitabile.
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