Sappiamo che Marte ha ghiaccio d’acqua nelle sue regioni polari, ma gli astronauti (e le loro apparecchiature alimentate a energia solare) preferirebbero di gran lunga sperimentare la vita più vicino all’equatore marziano. Mentre la NASA si prepara a far atterrare esseri umani sul Pianeta Rosso con il programma Artemis, il Planetary Science Institute (PSI) sta mappando dove dovrebbe e non dovrebbe esserci acqua e utilizzando la statistica per quantificarne la probabilità. Due nuovi articoli, guidati da Hanna Sizemore e Samuel Courville del PSI, evidenziano nuove mappe globali del ghiaccio d’acqua nel sottosuolo e identificano le missioni e gli strumenti necessari per aumentare la certezza delle mappe.
Il ghiaccio d’acqua su Marte
Oggi, il ghiaccio d’acqua non può esistere a lungo sulla maggior parte della superficie marziana. L’aria dalla densità estremamente bassa provoca la sublimazione del ghiaccio, ovvero il suo passaggio dallo stato solido a quello gassoso. Missioni come il lander Phoenix della NASA hanno utilizzato pale per dissotterrare il ghiaccio sepolto e telecamere per osservarne la sublimazione. Phoenix è atterrato in una regione ad alta latitudine dove è stato trovato ghiaccio a pochi centimetri dalla superficie. Gli astronauti che si troveranno a latitudini medie dovranno probabilmente scavare più in profondità per trovare il ghiaccio. Mappare la posizione dell’acqua è un primo passo necessario per prepararsi all’esplorazione umana di Marte.
“Il ghiaccio d’acqua estratto dal sottosuolo può essere convertito in idrazina”, afferma Sizemore. “Questo può essere utilizzato come carburante per razzi per un viaggio di ritorno sulla Terra. La produzione di carburante dal ghiaccio marziano è una forma di utilizzo delle risorse in situ (ISRU) e può ridurre significativamente la massa e il costo di una missione umana”.
Come le mappe termiche rivelano il ghiaccio sepolto
Sizemore e Courville sono membri del team SWIM (Mars Subsurface Water Ice Mapping), guidato dal PSI, che sta sfruttando i dati dello spettrometro a emissione termica (TES) del Mars Global Surveyor (GSS) della NASA e del Mars Climate Sounder (MCS) del Mars Reconnaissance Orbiter (MRS) per individuare il ghiaccio d’acqua entro circa un metro dalla superficie.
Entrambi gli strumenti hanno ottenuto mappe termiche del Pianeta Rosso che consentono ai ricercatori di esaminare come la superficie e l’atmosfera di Marte reagiscono alle variazioni di luce solare dal giorno alla notte e nel corso delle stagioni. Osservare i tassi di raffreddamento e riscaldamento in superficie può rivelare cosa si trova al di sotto. Ad esempio, le regioni composte da strati di sabbia asciutta sopra il ghiaccio, o da sabbia crostosa sopra la polvere, mostreranno variazioni di temperatura diverse rispetto a una regione composta solo da sabbia (o solo da polvere, roccia o ghiaccio) nel corso di una giornata marziana e durante l’anno.
Lo studio
Non è la prima volta che i ricercatori sviluppano questo tipo di mappe. Nel nuovo articolo di Sizemore, pubblicato su The Planetary Science Journal (PSJ), le mappe del team SWIM vengono confrontate con altre due mappe all’avanguardia che hanno utilizzato tecniche diverse per elaborare i dati della missione. “Ricavare la profondità di seppellimento del ghiaccio sul terreno dalle misurazioni di temperatura effettuate dall’orbita è un processo complesso“, afferma Sizemore. “Le differenze negli strumenti termici (TES vs. MCS), le differenze nei modelli numerici e le mutevoli condizioni atmosferiche (ad esempio, la presenza di polvere) possono influenzare i risultati. Pertanto, l’utilizzo di un solo strumento e di un solo modello comporta una notevole incertezza. Creando più mappe con dati, ipotesi e modelli differenti, possiamo combinarle e ottenere una maggiore certezza sulla presenza o assenza di ghiaccio, in particolare ai confini delle regioni ghiacciate“.
Trasformare l’incertezza in guida per l’atterraggio
In generale, le mappe confrontate mostrano una buona concordanza e le aree in cui si riscontrano differenze sono quelle in cui sono necessari nuovi dati per comprendere meglio la situazione. Si tratta di luoghi ideali per l’invio di futuri robot, ma forse non adatti per l’invio iniziale di esseri umani. Sizemore e Courville stanno riducendo l’incertezza sulla presenza di ghiaccio su Marte, ma la certezza è fondamentale quando si inviano esseri umani in ambienti pericolosi.
In un secondo articolo pubblicato su PSJ, a cura di Courville, la probabilità e la statistica vengono utilizzate per aggiungere livelli di certezza alle mappe del ghiaccio d’acqua. “Mentre i precedenti approcci SWIM valutavano se i dati orbitali attuali fossero compatibili con la presenza di ghiaccio, questo nuovo studio quantifica formalmente quanto siamo certi che il ghiaccio sia effettivamente presente“, afferma Courville. “Questo approccio è innovativo perché aggiunge un calcolo formale della probabilità di trovare ghiaccio in una data posizione alla mappa informale di ‘affidabilità’ del ghiaccio”, spiega Sizemore. “I valori di affidabilità del ghiaccio ci dicono qualcosa del tipo: ‘una tecnica di mappatura ha trovato ghiaccio qui, ma due no’. L’approccio statistico ci permette di dire: ‘abbiamo il 64% di probabilità di trovare ghiaccio se andiamo in questa posizione‘”.
La profondità mancante
I dati utilizzati in questo lavoro sondano solo il primo metro di materiale sulla superficie di Marte. Le attuali tecnologie radar sono state in grado di mappare il ghiaccio a profondità superiori a 5 metri. Per estendere questo lavoro alle profondità intermedie ancora sconosciute e aumentare la certezza dei risultati, saranno necessari nuovi strumenti. Nello specifico, un radar ad alta frequenza in grado di rilevare il ghiaccio nella fascia di profondità compresa tra 1 e 5 metri potrebbe aumentare notevolmente la certezza di questi risultati. Fino ad allora, questa potrebbe essere la migliore mappa delle acque di cui disponiamo, con tutte le sue incertezze.
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