Ricostruzione artistica della sonda Mars Odyssey in orbita attorno al pianeta rosso (Cortesia: Odyssey Orbiter Mission, NASA).
La sonda Mars Odyssey ha finalmente fugato ogni dubbio: a circa un mese dalla scoperta di ghiaccio sotto la superficie del polo sud del pianeta rosso, le osservazioni hanno mostrato che sotto una gran parte della superficie di Marte c’è ghiaccio d’acqua, ed anche in abbondanza: a latitudini superiori ai 60 gradi, infatti, il volume totale dovrebbe essere superiore a 10.000 km3, circa 2 volte il volume del Lago Michigan.
Mappa di Marte in falsi colori con le aree ricche di idrogeno evidenziate in blu scuro (Cortesia: Mars Odyssey Mission, NASA)
La sonda Odyssey utilizza uno strumento in grado di combinare differenti tipi di dati per trarre un quadro della presenza di ghiaccio d’acqua il più attendibile possibile: il GRS (Gamma Ray Spectrometer). Si tratta di un insieme di
tre strumenti: un rilevatore di raggi gamma, costruito all’Università dell’Arizona, lo Spettrometro per Neutroni, costruito a Los Alamos, e il rilevatore di neutroni ad alta energia (HEND, High Energy Neutron Detector), costruito in Russia.
Tale insieme di strumenti è stato progettato e costruito allo scopo di fornire precise informazioni sulla presenza e
l’estensione delle regioni in cui è presente giaccio d’acqua, che a loro volta sono utili per determinare un sito di atterraggio di una sonda che possa riportare campioni a terra per lo studio biologico degli stessi e di una eventuale missione umana di esplorazione, con l’obiettivo a lungo termine, in quest’ultimo caso, di una colonizzazione di Marte.
Il team incaricato delle analisi dei dati del GRS ha inoltre valutato, sulla base dei dati forniti dallo strumento, che in diverse zone oltre il 50 per cento della massa della roccia è costituito da ghiaccio d’acqua e che le regioni più ricche di acqua ghiacciata sono quelle nelle quali le condizioni di temperatura sono abbastanza stabili, il che rende anche il ghiaccio d’acqua stabile e non soggetto a continue variazioni stagionali.
Quattro viste polari di Marte elaborate con i dati ricevuti dal rilevatore di neutroni a bordo della Mars Odyssey. In questa immagine si nota come all’emisfero nord, nel quale è inverno, il polo sia coperto da ghiaccio secco, mentre all’emisfero meridionale, nel quale è estate, si nota chiaramente l’estesa area di suolo ricco in idrogeno probabilmente coperto solo da un sottilissimo strato di ghiaccio secco (Cortesia: Mars Odyssey Mission, NASA).
Alla latitudine di 60°S, lo strato ricco in ghiaccio è alla profondità di appena 60 km, profondità che scende a circa 30 km a 75°S (in questo range di latitudini, la percentuale di ghiaccio d’acqua sale dal 35% a circa il 100% rispetto alle zone in cui non risulta la presenza di idrogeno). La stragrande maggioranza dei dati sull’abbondanza di ghiaccio d’acqua su Marte riguardano le regioni dell’emisfero meridionale, poiché in quelle vicine al polo nord il ghiaccio secco (anidride carbonica congelata) copre le distese in cui si sospetta la presenza di ghiaccio d’acqua, anche se, con l’avvicinarsi della primavera marziana e con lo scioglimento del ghiaccio secco, pare si stia avendo un incremento nella registrazione di neutroni, indice della presenza di suolo ricco in ghiaccio d’acqua.
La sonda Mars Odyssey utilizza, per la rilevazione di ghiaccio d’acqua sotto la superficie di Marte, uno spettrometro per raggi gamma e due rivelatori di neutroni. Quando un elemento chimico è esposto ai raggi cosmici, infatti, emette una “firma” energetica, sotto forma di raggi gamma, specificamente identificabile. Misurando i raggi gamma provenienti dal suolo marziani, è possibile calcolare quali elementi ci siano in esso e come siano distribuiti nella superficie combinando l’energia di tali emissioni (che indica quali elementi siano presenti) con l’intensità dello spettro (che indica la loro concentrazione). Il meccanismo di produzione dei raggi gamma inizia con l’irradiazione di un atomo da parte dei raggi cosmici. L’energia apportata all’atomo dalla particella carica che compone il “raggio” provoca il rilascio dei neutroni che possono essere catturati da altri atomi (con rilascio di raggi gamma), collidere con urti anelastici (anche in questo caso rilasciando raggi gamma) con essi od essere rilasciati verso lo spazio (misurati dai rivelatori di neutroni).
I raggi cosmici colpiscono la superficie di Marte e gli elementi che la costituiscono; sono proprio l’energia e l’intensità di tale emissione che permettono di stabilire quali elementi hanno rilasciato i raggi gamma.
L’HEND e lo Spettrometro per Neutroni imbarcati sulla sonda rivelano direttamente l’emissione di neutroni, mentre il GRS i raggi gamma, che possono essere emessi anche naturalmente da elementi presenti nel terreno, quali il torio, l’uranio ed il potassio. Misurando i neutroni è possibile calcolare l’abbondanza di idrogeno su Marte e da questa inferire la presenza di acqua. I rivelatori di neutroni possono registrare la presenza di idrogeno nello strato superficiale superiore (diciamo entro il primo metro ), misurandone l’abbondanza e le variazioni stagionali. Il GRS consiste di quattro componenti fondamentali: il sensore, lo spettrometro per neutroni, il rivelatore di neutroni ad alta energia e l’elettronica di controllo. Il sensore è posto su un braccio esteso ad una distanza di 6.2 metri dalla sonda, onde minimizzare la registrazione di raggi gamma provenienti dalla stessa Odyssey, mentre i due strumenti deputati alla misurazione dei neutroni sono “inscatolati” nella struttura stessa della sonda.
Deve essere chiaro che la rilevazione dell’emissione di neutroni e raggi gamma da parte dell’idrogeno su Marte può dipendere dal fatto che esso sia legato all’ossigeno per formare acqua, e quindi indizio della presenza di quest’ultima, ma anche che sia legato alle rocce in altri minerali. E’ la correlazione tra la ricchezza in idrogeno e zone di Marte in cui è probabile, per il verificarsi di condizioni adatte, la presenza di ghiaccio d’acqua la prova più forte a favore della presenza di questo elemento.
(Piter Cardone – Pubblicato su “AstroEmagazine” n. 24, Giugno 2002, pag. 14-17)