Come Marte ha avuto due facce
Un corpo celeste di dimensioni lunari che si è schiantato contro il Polo Sud: i ricercatori del Fare all'ETH utilizzano una simulazione per mostrare perché Marte è costituito da due emisferi così diversi.
Nessun altro pianeta del nostro sistema solare ha due metà così diverse come Marte. L'emisfero settentrionale è caratterizzato da pianure piatte e povere di vulcani, mentre l'emisfero meridionale è caratterizzato da estesi altopiani intervallati da innumerevoli vulcani. Ci sono teorie e speculazioni sulla formazione di questa cosiddetta e molto discussa dicotomia marziana, ma quasi nessuna risposta definitiva. Ora i geofisici dell'ETH di Zurigo stanno fornendo una nuova spiegazione con Giovanni Leone. Leone è il primo autore di un articolo appena pubblicato sulla rivista scientifica "Geophysical Research Letters".
Utilizzando un modello al computer, gli scienziati sono giunti alla conclusione che un grande corpo celeste deve essersi schiantato contro il polo sud di Marte agli albori del sistema solare. La simulazione mostra che l'impatto ha generato una tale energia da creare un oceano di magma delle dimensioni dell'odierno emisfero meridionale. Il corpo d'impatto doveva essere almeno un decimo della massa di Marte. La roccia fusa si è poi solidificata negli altopiani montuosi che oggi costituiscono l'emisfero meridionale di Marte.
Il vulcanismo si è fermato 3,5 miliardi di anni fa
Nella loro simulazione, gli scienziati hanno ipotizzato che il corpo celeste fosse composto principalmente da ferro, avesse un raggio di almeno 1600 chilometri e si fosse schiantato su Marte a una velocità di cinque chilometri al secondo. Epoca dell'evento: circa 4-15 milioni di anni dopo la formazione del pianeta rosso. A quel tempo la crosta marziana doveva essere molto sottile, come la superficie dura e caramellata di una crema catalana. Sotto, come il popolare dessert, c'era un interno liquido.
Il corpo d'impatto non solo ha aggiunto più massa a Marte, soprattutto ferro. Ha anche innescato una forte attività vulcanica. In seguito all'impatto, si sono formati numerosi cosiddetti pennacchi di mantello, soprattutto intorno all'equatore, che si sono diretti verso il Polo Sud e lì si sono fusi. I pennacchi di mantello sono colonne di magma che trasportano materiale liquido dal mantello alla superficie.
Secondo il modello dei ricercatori, Marte si è fermato 3,5 miliardi di anni fa. Dopo di allora, non c'è stato né vulcanismo né un campo magnetico sul pianeta rosso, il che è coerente con le osservazioni e le misurazioni.
Modelli realistici
Le teorie precedenti affermavano il contrario: che doveva esserci stato un impatto gigantesco o diversi impatti più piccoli nell'emisfero settentrionale. La teoria più importante sulla formazione della dicotomia di Marte è stata formulata da due ricercatori americani nel 1984 in un articolo della rivista scientifica Nature. Essi ipotizzarono che un grande corpo celeste si fosse scontrato con Marte al Polo Nord. Nel 2008, un altro team ha ripreso queste idee e le ha pubblicate nuovamente su Nature.
Leone non è convinto di questa teoria: "I nostri scenari sono più coerenti con un gran numero di osservazioni di Marte rispetto alla teoria di un impatto nell'emisfero settentrionale", sottolinea. I vulcani su Marte sono distribuiti in modo molto disomogeneo. Nell'emisfero meridionale sono frequenti e diffusi, mentre nell'emisfero settentrionale sono rari e limitati a poche aree più piccole. "Il nostro modello mappa la distribuzione reale del vulcanismo in modo quasi congruente", sottolinea Leone. Nessun altro modello è stato finora in grado di rappresentare o spiegare questa distribuzione".
La simulazione è anche in grado di riprodurre realisticamente la diversa topografia dei due emisferi, spiega Leone. A seconda della composizione scelta del corpo d'impatto, il modello riproduce quasi perfettamente l'espansione e la forma degli emisferi. Il prerequisito è che il corpo impattante contenga l'80% di ferro. Se i ricercatori simulano l'impatto con un corpo fatto di pura roccia silicatica, l'immagine della dicotomia non corrisponde alla realtà.
Il campo magnetico fa pendere l'ago della bilancia
Infine, il modello dei ricercatori dell'ETH conferma il momento in cui il campo magnetico di Marte si è spento. Il tempo calcolato dal modello corrisponde a circa 4,1 miliardi di anni prima della nostra epoca, come altri scienziati avevano già dimostrato in precedenza. Il modello mostra anche il motivo dello spegnimento: il forte calo del flusso di calore dal nucleo al mantello e alla crosta nei primi 400 milioni di anni dopo l'impatto. Dopo un miliardo di anni, il flusso di calore era ancora un decimo del valore iniziale, troppo poco per mantenere anche il vulcanismo. I calcoli del modello sono in buon accordo con i calcoli e le indagini mineralogiche precedenti.
Secondo Leone, il vulcanismo su Marte era legato al flusso di calore. Tuttavia, il grado di vulcanismo può essere variato nella simulazione ed è influenzato dalla forza dell'impatto. Questa dipende a sua volta dalle dimensioni e dalla composizione del corpo celeste. Più grande è, più forte è l'attività vulcanica. Dopo un miliardo di anni, tuttavia, le bocche vulcaniche si spengono, indipendentemente dalle dimensioni dell'impatto.
Per Giovanni Leone è sempre più chiaro che Marte è sempre stato un pianeta estremamente ostile. Egli ritiene quasi impossibile che sul pianeta siano mai esistiti oceani o corsi d'acqua. "Prima che questo pianeta diventasse il luogo freddo e secco che è oggi, era caratterizzato da calore estremo e vulcanismo, che avrebbero fatto evaporare qualsiasi acqua e reso molto improbabile la nascita della vita", è convinto il ricercatore planetario.
Riferimento alla letteratura
Leone G, Tackley PJ, Gerya TV, May DA, Zhu G (2014). Simulazioni tridimensionali dell'ipotesi dell'impatto del gigante polare meridionale per l'origine della dicotomia marziana, Geofisica. Res. Lett. 41, doi:pagina esterna10.1002/2014GL062261