Cinque domande e risposte sul ghiaccio nel Sistema Solare

(fotogramma da Wanderers: la superficie ghiacciata di Europa sovrastata dalla massa di Giove)

Gli esploratori di oggi e di domani dovranno affrontare molte sfide per far progredire lo studio dei ghiacci planetari. Per quanto riguarda  i ghiacci del sistema solare, ci sono almeno cinque domande principali che sono importanti per comprendere l’origine del sistema solare, il nostro posto nell’universo, e il futuro dell’esplorazione spaziale umana.

Questa scheda completa l’articolo  Il ghiaccio nel Sistema Solare

1. Qual è la natura e lo stato del ghiaccio nei pianeti giganti e nei grandi pianeti extrasolari?
STATO DELLE RICERCHE: gli scienziati hanno ipotizzato che i ghiacci altamente compressi costituiscano la frazione principale dei nuclei dei pianeti giganti e possano anche abbondare nei grandi pianeti extrasolari ghiacciati.
PERCHÉ QUESTO È IMPORTANTE: in base alle informazioni disponibili sulle proprietà di questi ghiacci estremamente compressi, modelli recenti indicano che questi corpi celesti potrebbero ospitare oceani vasti e profondi. Però la valutazione della composizione di questi ghiacci e le loro proprietà in condizioni di pressione e temperatura così elevate sono difficilii da realizzare in laboratorio.
COME RISPONDERE ALLA DOMANDA: occorre sviluppare nuovi laboratori che siano in grado di sostenere pressioni dieci milioni di volte superiori a quelle dell’atmosfera terrestre e temperature inferiori ai -180 gradi Celsius, ed elaborare nuovi metodi per creare modelli di  comportamento dei materiali in condizioni estreme.

2. Qual è il ruolo delle impurità nel comportamento del ghiaccio e della neve, e quale impatto ha sull’evoluzione del clima?
STATO DELLA RICERCA: sia gli aerosol che alcuni gas vengono incorporati insieme al ghiaccio nei pack di neve e nel ghiaccio marino. Si ritiene che la concentrazione di queste impurità abbia un effetto sulle proprietà fisiche del ghiaccio, quali ad esempio il ruolo di antigelo o un maggior grado di deformazione a basse temperature.
PERCHÉ QUESTO È IMPORTANTE: un’alterazione delle proprietà del ghiaccio influenza la stabilità delle lastre di ghiaccio e dei ghiacciai temperati, il che a sua volta può avere un impatto sulle condizioni climatiche regionali e globali.
COME RISPONDERE ALLA DOMANDA: campionature e test di laboratorio sulla composizione e sulle proprietà fisiche dei ghiacciai e della neve possono aiutare a prevedere il loro comportamento su varie scale temporali.

3. Quanti corpi del sistema solare presentano acqua liquida sotto il guscio di ghiaccio e sono potenzialmente abitabili?
STATO DELLA RICERCA: combinando tecniche di rilevazione, come la misurazione della gravità e del campo magnetico, fino ad ora è stata rilevata acqua liquida in cinque satelliti ghiacciati. Più recentemente, Cassini ha confermato la presenza di un mare nel polo meridionale di Encelado. È probabile che vi sia acqua liquida anche in un certo numero di grandi corpi celesti ghiacciati:  il satellite di Nettuno, Tritone, Plutone e la sua luna Caronte, gli oggetti più grandi della Fascia di Kuiper e forse Ceres.
PERCHÉ QUESTO È IMPORTANTE: poiché gli oceani profondi possono essere in contatto con materiale roccioso (come l’oceano terrestre è in contatto con un pavimento basaltico), potrebbero svilupparsi condizioni chimiche favorevoli alla formazione della vita. Questo è probabilmente vero per quei corpi i cui gusci di ghiaccio hanno uno spessore di qualche centinaio di chilometri, come Europa, Plutone o Caronte. Per i satelliti più grandi, i cui gusci hanno una profondità inferiore a poche centinaia di chilometri, la pressione dell’acqua diventa sufficientemente significativa perché ghiaccio estremamente compresso si sviluppi sopra il nucleo roccioso. La presenza di sali, comunque, modifica il comportamento dell’acqua in base a pressione e temperatura e non si può escludere che del liquido potrebbe permanere vicino al nucleo.
COME RISPONDERE ALLA DOMANDA: indagare, indagare, indagare!

4. Qual è l’origine dell’acqua della Terra?
STATO DELLA RICERCA: sono state fatte numerose ipotesi sull’origine dell’acqua sulla Terra, compresa quella della provenienza da vari tipi di comete e asteroidi della fascia principale. I risultati più recenti suggeriscono che le firme isotopiche dell’acqua negli oceani terrestri siano simili a quelle trovati sulle comete ed Encelado! [nde: i dati raccolti dalla sonda Rosetta, pervenuti dopo quelli indicati nella scheda, potrebbero invalidare quelli sopracitati]
PERCHÉ QUESTO È IMPORTANTE: a seconda della sua origine, l’acqua potrebbe aver portato con sé delle sostanze organiche. Effettivamente le comete contengono abbondanti sostanze volatili di tutti i tipi, nonché sostanze organiche. Quindi, ricercare l’origine dell’acqua è una strada per ricercare l’origine delle molecole organiche sulla Terra. Più in generale, questa domanda si ricollega ai tentativi di comprendere in che modo il sistema solare sia arrivato alla sua attuale struttura.
COME RISPONDERE ALLA DOMANDA: è necessario prelevare dei campioni  di ghiaccio in tutto il sistema solare utilizzando tecniche che permettano l’estrazione delle impronte che rendono ogni tipo di ghiaccio unico. Le diverse missioni ipotizzate, tra cui l’Europa Clipper, prevedono il trasporto di spettrometri di massa sui corpi ghiacciati al fine di misurarne la composizione elementare e isotopica. Il Planetary Science Decadal Survey prevede, inoltre, che del ghiaccio cometario venga riportato sulla Terra.

5. Quanta acqua è disponibile per l’esplorazione del sistema solare da parte dell’uomo?
STATO DELLA RICERCA: si ritiene che alcuni asteroidi siano comete dormienti che potrebbero contenere un grande porzione di ghiacci. Altri presentano caratteristiche che suggeriscono che l’acqua sia intimamente associata con il loro materiale roccioso. Anche Phobos, la luna di Marte, presenta caratteristiche simili associate con il suo grande cratere Stickney le quali fanno pensare che potrebbe servire come base per la futura esplorazione di Marte.
PERCHÉ QUESTO È IMPORTANTE: l’acqua può essere raccolta per il consumo e la produzione di combustibile, diminuendo la quantità di scorte da lanciare con un equipaggio umano. Asteroidi ricchi di acqua possono servire da  “stazioni di rifornimento” sulla via di Marte o di altre destinazioni.
COME RISPONDERE ALLA DOMANDA: sono necessarie osservazioni ravvicinate di
questi asteroidi per confermare la presenza e la natura di acqua e per identificare le operazioni necessarie per raccoglierla. Indagini su larga scala di asteroidi vicini alla Terra, attraverso telescopi  terrestri e spaziali, possono aiutare a valutare la quantità di risorse disponibili lassù. Si stanno perfezionando in laboratorio tecniche di estrazione dell’acqua per determinare quali siano le condizioni che permettano di raccoglierla.

traduzione di DONATELLA LEVI

Titolo originale: Icy Challenges for Explorers by Julie Castillo-Rogez

La scheda è stata pubblicata su The Planetary Report vol. 34 n.2 – giugno 2014