È noto da tempo che Marte una volta aveva oceani a causa in parte di un campo magnetico protettivo simile a quello terrestre. Tuttavia, il campo magnetico è scomparso e una nuova ricerca potrebbe finalmente essere in grado di spiegarne il motivo. I ricercatori hanno ricreato le condizioni attese nel nucleo di Marte miliardi di anni fa e hanno scoperto che il comportamento del metallo fuso ritenuto presente probabilmente dava origine a un breve campo magnetico destinato a svanire.

Che sia per la fantascienza o per il fatto che puoi vederlo con i tuoi occhi dalla Terra, Marte ha catturato l'immaginazione delle persone per secoli. È uno dei pianeti più vicini a noi ed è stato studiato con tutti i tipi di strumenti scientifici a bordo delle varie sonde spaziali senza pilota che lo hanno esplorato e continuano a farlo. Eppure, nonostante ciò, ci sono alcune grandi domande senza risposta su Marte, le cui risposte potrebbero persino far luce sul nostro lontano passato e futuro, dato che la Terra, Marte e tutti i nostri pianeti vicini sono nati dalla stessa sostanza cosmica.

Alcune grandi domande su Marte hanno già avuto risposta. Ad esempio, sappiamo che molte caratteristiche visibili di Marte sono la prova che un tempo aveva oceani e un campo magnetico protettivo. Ma una domanda in particolare era stata nella mente del professor Kei Hirose del Dipartimento di Scienze della Terra e Planetarie dell'Università di Tokyo: doveva esserci stato un campo magnetico intorno a Marte, quindi perché era lì, e perché era lì così brevemente? Costretto a rispondere a questa domanda, un team guidato da Ph.D. Lo studente Shunpei Yokoo del laboratorio Hirose ha esplorato un nuovo modo per testare qualcosa di così lontano da noi sia nel tempo che nello spazio.

“Il campo magnetico terrestre è guidato da correnti di convezione inconcepibilmente enormi di metalli fusi nel suo nucleo. Si pensa che i campi magnetici su altri pianeti funzionino allo stesso modo", ha detto Hirose. “Sebbene la composizione interna di Marte non sia ancora nota, le prove dei meteoriti suggeriscono che si tratti di ferro fuso arricchito di zolfo. Inoltre, le letture sismiche della sonda InSight della NASA sulla superficie ci dicono che il nucleo di Marte è più grande e meno denso di quanto si pensasse in precedenza. Queste cose implicano la presenza di ulteriori elementi più leggeri come l'idrogeno. Con questo dettaglio, prepariamo le leghe di ferro che prevediamo costituiscano il nucleo e le sottoponiamo a esperimenti”.

L'esperimento ha coinvolto diamanti, laser e una sorpresa inaspettata. Yokoo ha realizzato un campione di materiale contenente ferro, zolfo e idrogeno, Fe-SH, che è ciò di cui lui e il suo team si aspettano che fosse fatto il nucleo di Marte una volta. Hanno posizionato questo campione tra due diamanti e lo hanno compresso riscaldandolo con un laser a infrarossi. Questo per simulare la temperatura e la pressione stimate al centro. Le osservazioni dei campioni con raggi X e fasci di elettroni hanno permesso al team di immaginare cosa stava succedendo durante la fusione sotto pressione e persino di mappare il modo in cui la composizione del campione è cambiata durante quel periodo.

“Siamo rimasti molto sorpresi nel vedere un comportamento particolare che potrebbe spiegare molto. Il Fe-SH inizialmente omogeneo si è separato in due liquidi distinti con un livello di complessità mai visto prima con questo tipo di pressioni", ha affermato Hirose. "Uno dei liquidi di ferro era ricco di zolfo, l'altro ricco di idrogeno, e questa è la chiave per spiegare la nascita e alla fine la morte del campo magnetico attorno a Marte".

Il ferro liquido ricco di idrogeno e povero di zolfo, essendo meno denso, sarebbe salito al di sopra del ferro liquido più denso ricco di zolfo e povero di idrogeno, causando correnti di convezione. Queste correnti, simili a quelle sulla Terra, avrebbero guidato un campo magnetico in grado di mantenere l'idrogeno in un'atmosfera attorno a Marte, che a sua volta avrebbe permesso all'acqua di esistere come liquido. Tuttavia, non doveva durare. A differenza delle correnti di convezione interne alla Terra che sono estremamente durature, una volta che i due liquidi si fossero completamente separati, non ci sarebbero state più correnti per pilotare un campo magnetico. E quando ciò è accaduto, l'idrogeno nell'atmosfera è stato espulso nello spazio dal vento solare, portando alla rottura del vapore acqueo e alla fine all'evaporazione degli oceani marziani. E tutto questo sarebbe avvenuto circa 4 miliardi di anni fa.

"Con i nostri risultati in mente, si spera che un ulteriore studio sismico di Marte verificherà che il nucleo sia effettivamente in strati distinti come previsto", ha affermato Hirose. “Se è così, ci aiuterebbe a completare la storia di come si sono formati i pianeti rocciosi, inclusa la Terra, e a spiegare la loro composizione. E potresti pensare che un giorno anche la Terra potrebbe perdere il suo campo magnetico, ma non preoccuparti, non accadrà per almeno un miliardo di anni".

Una fetta di Marte. Le tre fasi che i ricercatori ritengono che il nucleo di Marte abbia subito 4 miliardi di anni fa. Solo durante la fase iniziale della separazione ci sarebbe stato un campo magnetico apprezzabile. © 2022 Yokoo et al.

Separazione liquido-liquido. Le immagini della microsonda elettronica mostrano in dettaglio la strana consistenza dei due liquidi in lega di ferro. I liquidi che si separano in questo modo sono detti immiscibili. © 2022 Yokoo et al.

Fonte u-tokyo.ac.jp