Il viaggio verso Marte, uno degli obiettivi dichiarati dal Presidente statunitense Donald Trump per gli astronauti della NASA, potrebbe essere la parte più facile. Se gli astronauti vogliono rimanere sul pianeta dopo l’atterraggio, dovranno costruire habitat protettivi che consentano loro di dormire, condurre ricerche e rimanere in salute ed equilibrati. Ora, i ricercatori hanno dato una certa credibilità scientifica a un’idea creativa che potrebbe risolvere tutti questi problemi: il ghiaccio. Sulla superficie di Marte si trovano oltre 5 milioni di chilometri cubi di acqua ghiacciata, e si prevede che ce ne sia molta di più sotto. Se il ghiaccio del Pianeta Rosso si rivelasse ottenibile, i futuri astronauti potrebbero immaginarsi di vivere in un mondo simile a quello di Frozen della Disney, hanno riferito gli scienziati al meeting annuale dell’American Geophysical Union. Attraverso vari esercizi di modellazione, il team ha dimostrato che il materiale potrebbe essere modellato in strutture ben isolate e resistenti che proteggono efficacemente i terrestri dai raggi nocivi del Sole.
È “un’idea molto intrigante“, afferma Valentina Sumini, ricercatrice di architettura spaziale presso il Massachusetts Institute of Technology, non coinvolta nello studio. Uno dei principali ostacoli alla colonizzazione extraterrestre è l’enorme numero di viaggi necessari per trasportare rifornimenti dalla Terra, osserva. Qualsiasi modo per minimizzare questo problema, afferma, potrebbe accelerare l’insediamento di mondi alieni.
Marte contiene due potenziali elementi costitutivi per gli habitat: ghiaccio e regolite, lo strato superficiale del pianeta composto da polvere e minuscoli frammenti di roccia. La regolite non è l’ideale, poiché enormi quantità di regolite dovrebbero essere setacciate per estrarre elementi come silicio e ossigeno. Questi verrebbero poi riscaldati ad alte temperature e trasformati in materiali come il vetro, osserva Robin Wordsworth, planetologo dell’Università di Harvard. Quindi il suo team ha scelto il ghiaccio.
Habitat di ghiaccio su Marte
Il nostro pianeta ci ha fornito ispirazione, afferma Rafid Quayum, ex studente universitario di Wordsworth che ha guidato il lavoro e ora è ingegnere di sistema presso un centro di ricerca e sviluppo: l’Islanda è famosa per le sue grotte di ghiaccio blu acciaio, formatesi quando il calore terrestre ha sciolto fiumi di ghiaccio che si sono scavati la via d’uscita.
Invece delle grotte, gli habitat di ghiaccio considerati per Marte sono tradizionalmente modellati come cupole, ciascuna delle quali di circa 1 ettaro con diverse camere per la vita quotidiana e l’agricoltura. Per valutare la praticità di tali strutture, Quayum e colleghi hanno iniziato modellando matematicamente il ruolo del ghiaccio come isolante, determinando che uno strato di pochi metri di spessore potrebbe aumentare le temperature interne da circa -120°C – temperatura comune su Marte – a -20°C. Non è certo una temperatura mite, ma abbastanza fredda da mantenere stabile il ghiaccio.
Successivamente, il team ha modellato le proprietà strutturali del ghiaccio, prendendo spunto da studi precedenti che avevano scoperto che rinforzandolo con materiali organici come gli idrogel – catene polimeriche ricche di acqua – si poteva aumentare la sua resistenza allo stress e la sua flessibilità, entrambe qualità costruttive essenziali.
Gli scienziati hanno anche analizzato come impedire che le strutture di ghiaccio si disperdessero nell’atmosfera marziana a causa della sublimazione, quando un solido passa direttamente allo stato gassoso: hanno scoperto che l’aggiunta di un rivestimento resistente all’acqua avrebbe risolto il problema, anche se probabilmente dovrebbe essere importato dalla Terra.
Ancora più importante, i ricercatori hanno modellato il modo in cui l’acqua ghiacciata avrebbe riflesso o lasciato entrare la luce solare che Marte riceve. Il ghiaccio ha offerto un vantaggio cruciale rispetto ad altri materiali disponibili come la regolite: blocca in gran parte le lunghezze d’onda ultraviolette della luce, lasciando passare quelle visibili e infrarosse. Ciò significa che gli habitat di ghiaccio proteggerebbero gli esseri umani dalle dannose radiazioni ionizzanti del Sole, pur continuando ad accogliere luce e calore, essenziali per la fotosintesi e la salute fisica e psicologica degli astronauti.
Le limitazioni di una città di ghiaccio
Una città di ghiaccio presenta tuttavia notevoli limitazioni. Innanzitutto, ne sarebbero necessarie grandi quantità. I calcoli iniziali dei ricercatori suggeriscono che utilizzando una fonte di energia equivalente a quella della Stazione Spaziale Internazionale, potrebbero essere trattati circa 15 metri quadrati (grandi quanto un parcheggio) al giorno.
Marte è anche soggetto a frequenti tempeste di polvere; la polvere che si deposita sul ghiaccio ne ostacolerebbe la trasparenza e le proprietà isolanti, osserva Adomas Valantinas, uno scienziato planetario post-dottorato presso l’ETH di Zurigo che ha studiato gli usi del ghiaccio e della polvere su Marte ma non è stato coinvolto nella nuova analisi. E per estrarre il ghiaccio dal terreno, sarebbero necessari sistemi di perforazione e altre attrezzature terrestri, afferma Sumini.
Guardare al futuro
Tuttavia, “è importante pensare all’esplorazione spaziale a medio termine, così come a ciò che faremo nei prossimi anni“, afferma Wordsworth. Il suo team immagina un mondo in cui la lavorazione del ghiaccio utilizzi solo il calore di scarto proveniente da impianti di energia solare o nucleare già costruiti sulla superficie per società extraterrestri a lungo termine.
Sumini ritiene che le abitazioni marziane siano solo una delle possibili applicazioni del ghiaccio del pianeta. La sua ricerca ha esaminato l’utilizzo di acqua ghiacciata per supportare l’agricoltura idroponica, così come la coltivazione di cellule di alghe come potenziale alimento, per fare alcuni esempi. Il ghiaccio è “davvero l’inizio di una possibile estensione della nostra vita su un altro pianeta”, afferma.
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