Astronomia

Perché Marte è freddo?

Perché Marte è freddo?

Le temperature superficiali di Marte vanno da -87C a 5C, che è molto più fredda di quella terrestre. Se Marte ha il 95% di anidride carbonica, che è un gas serra, perché la superficie di Marte è così fredda? Non dovrebbe intrappolare il calore e renderlo caldo?


In primo luogo, Marte ha una distanza media dal Sole di 1.524 AU, quindi per la legge dell'inverso del quadrato l'energia che riceve dal Sole è circa il 40% di quella che riceve la Terra.

Ma la ragione principale per cui Marte è così freddo è che la sua atmosfera è molto sottile rispetto a quella terrestre (oltre che molto secca, vedi sotto). Da Wikipedia Atmosfera di Marte:

L'atmosfera di Marte è molto più sottile di quella terrestre. La pressione superficiale è solo di circa 610 pascal (0,088 psi) che è meno dell'1% del valore della Terra.

In confronto, la pressione superficiale media sulla Terra è di 101.300 pascal. Quindi l'atmosfera di Marte è poco più di un vuoto rispetto a quella terrestre.

Quindi, anche se l'atmosfera marziana è composta per oltre il 95% di anidride carbonica, semplicemente non ce n'è abbastanza per intrappolare molto calore.

Sebbene l'anidride carbonica sia un gas serra, il gas serra predominante sulla Terra è in realtà il vapore acqueo. Tuttavia, l'acqua viene solitamente fatta circolare dentro e fuori l'atmosfera molto rapidamente in risposta ai cambiamenti di temperatura e pressione. L'anidride carbonica è un problema perché rimane a lungo nell'atmosfera e la sua presenza sposta la temperatura di equilibrio verso l'alto da quella del ciclo dell'acqua di pianura.


Marte lo fa? hanno un effetto serra, solo leggermente più debole di quello terrestre.


L'atmosfera di Marte è molto diluita, con una pressione superficiale pari solo allo 0,6% di quella terrestre. Quindi anche se il 95% è CO2, non è molto. Tuttavia, è è in realtà una maggiore abbondanza assoluta di CO2 molecole rispetto alla Terra, che ha solo un CO2 abbondanza dello 0,04% (in volume; es. NOAA, corrispondente a circa lo 0,06% in massa).

Il calcolo esatto dipende da come l'atmosfera diminuisce di densità con l'altezza (l'"altezza della scala"), ma per un calcolo dell'ordine di grandezza, possiamo usare le masse totali delle atmosfere $M_mathrm{atm,Terra} = 5,15 imes10^{18},mathrm{kg}$ (Trenberth & Smith 2004), e $M_mathrm{atm,Marte} = 2,5 imes10^{16},mathrm{kg}$ (NASA). La quantità totale di CO2 nell'atmosfera di Marte, rispetto a quella terrestre, è quindi $$ frac{M_mathrm{CO_2,Mars}}{M_mathrm{CO_2,Terra}} = frac{95\% imes M_mathrm{atm,Mars}}{0.06\% imes M_ mathrm{atm,Terra}} simeq 7.9, $$ cioè quasi un ordine di grandezza più alto. Il fatto che Marte sia più piccolo della Terra significa che questo numero è probabilmente un po' più grande.

Circa il 10-20% della radiazione emessa dalla superficie di Marte viene assorbita nell'atmosfera (Haberle 2015). Un modo per quantificare l'effetto serra è la differenza tra la temperatura effettiva e la temperatura media di emissione superficiale del pianeta. Per la Terra, la differenza è di 33 K, mentre per Marte è di 5 K molto più bassa (ma doveva essere molto più alta in passato perché esistesse l'acqua liquida).

Allora perché l'effetto è molto più grande sulla Terra? Bene, CO2 non è l'unico agente dell'effetto serra. Altri gas - ad es. metano, protossido di azoto e ozono - aggiungi pure. Ma in realtà il contributo maggiore viene dal vapore acqueo. Quanto esattamente è una questione di acceso dibattito, penso, ma probabilmente non è controverso dirlo almeno 1/3 dell'effetto è dovuto all'acqua (RealClimate dice 36-66%).

Le molecole d'acqua sono meno riflettenti della CO2, ma costituisce lo 0,3% dell'atmosfera terrestre. Al contrario, solo lo 0,03% dell'atmosfera di Marte è costituito da vapore acqueo (ad esempio Trokhimovskiy et al. 2015).

In sintesi, il minore effetto serra e il fatto che Marte è circa 1,5 volte più lontano dal Sole della Terra, e quindi riceve meno della metà della radiazione incidente, è la ragione per cui Marte è così freddo.


Ho solo intenzione di espandere e approfondire ciò che le altre risposte hanno già detto.

Nel seguito contrappongo la trasmissione atmosferica ($T$) e assorbimento ($A$, che è $A=1-T$) di Marte e della Terra. La trama di Marte (in alto) è del Prof. J. Irwin tramite questa recensione di P. Read et al. 2015 e i dati terrestri (in basso) provengono da wikipedia.

Le trame di $A$ e $1-T$ area facilmente abbinabile ad occhio durante il confronto $T=0$ e $A=1$ per Marte e la Terra. Per rendere tutto più chiaro, ho aggiunto delle frecce per contrassegnare il $CO_2$ bande di assorbimento.
Inoltre, il grafico per Marte ha gli spettri energetici della radiazione solare in entrata (T=5800 K) e in uscita infrarossa (T=216 K) inseriti. La radiazione infrarossa in uscita dalla superficie della Terra sarebbe a T=300K, e in questo grafico quasi nella stessa posizione. Per un forte effetto serra, un'atmosfera deve assorbire la maggior parte di questo picco in uscita.

Da questo impariamo alcune cose:

1.) Guardando la Terra, vediamo che ci sono diversi importanti gas serra nell'atmosfera, ma il più significativo è l'acqua.
2.) Una parte significativa del picco della serra terrestre è assorbita da $H_2O$+$CO_2$, mentre solo una piccola frazione viene assorbita dall'atmosfera marziana, spiegando visivamente quanto già notato dalla risposta di @pelas, che Marte ha un debole effetto serra.
3.) Se si confronta la larghezza del $CO_2$ bande di assorbimento con molta attenzione, allora si noterà che il $CO_2$ le bande per la Terra sono più ampie che su Marte, sebbene l'atmosfera terrestre sia molto meno totale $CO_2$ dentro! Questo è un effetto del cosiddetto "allargamento della pressione" delle linee atmosferiche, che aumenta significativamente la loro capacità di serra. L'allargamento della pressione diventa importante in atmosfere a pressioni di circa $ 0,1-1 ; bar$ (regola approssimativa). Questo è un altro motivo per cui la bassa massa/pressione dell'atmosfera marziana non può creare un forte effetto serra, poiché la pressione è intorno $ 0,01 ; bar$ sulla superficie.


“I nostri risultati indicano che le salamoie (meta)stabili sulla superficie di Marte e il suo sottosuolo poco profondo (a pochi centimetri di profondità) non sono abitabili perché le loro attività e temperature dell'acqua non rientrano nelle tolleranze note per la vita terrestre,” hanno scritto nel nuovo studio, pubblicato online lunedì (11 maggio) in …

Dopo la Terra, Marte è il pianeta più abitabile del nostro sistema solare per diversi motivi: Il suo suolo contiene acqua da estrarre. Non è né troppo freddo né troppo caldo. C'è abbastanza luce solare per utilizzare i pannelli solari.


Ecco perché Marte è secco e senza vita oggi

Il pianeta rosso nel nostro sistema solare, Marte, è molto simile alla Terra in molti modi, ma la ragione per cui non sembra avere alcuna forma di vita sulla sua superficie come la Terra potrebbe risiedere nel modo in cui il pianeta è stato trattato da il Sole nel corso dell'esistenza del sistema solare.


La missione Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) della NASA ha rivelato molto sul pianeta rosso. Un tempo umido e potenzialmente abitabile, come lo è oggi la Terra, Marte è ora un luogo freddo e asciutto. L'idea è che l'attività solare del Sole è ciò che lo ha effettivamente reso in questo modo.

Come sappiamo, Marte non ha un campo magnetico molto efficace come la Terra e, di conseguenza, il pianeta non è ben protetto dalle radiazioni solari come lo siamo noi. L'aumento dell'attività solare che Marte ha avuto nel corso degli anni ha "sottratto" via l'atmosfera del pianeta nel tempo.

Sebbene la NASA abbia appena annunciato prove di "acqua che scorre" su Marte, non è lo stesso tipo di acqua che scorre che trovi qui sulla Terra. Invece, è mescolato con sedimenti e altri materiali di superficie per creare una sostanza melmosa che scorre a malapena. L'assenza del tipo di acqua che conosciamo e diamo per scontata sulla Terra è dovuta agli effetti dell'evaporazione.

"Marte sembra aver avuto un'atmosfera densa abbastanza calda da supportare l'acqua liquida, che è un ingrediente chiave e un mezzo per la vita come la conosciamo attualmente", ha affermato John Grunsfeld, astronauta e amministratore associato per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington.

"Capire cosa è successo all'atmosfera di Marte informerà la nostra conoscenza della dinamica e dell'evoluzione di qualsiasi atmosfera planetaria. Imparare cosa può causare cambiamenti nell'ambiente di un pianeta da uno che potrebbe ospitare microbi in superficie a uno che non lo fa è importante da sapere, ed è una domanda chiave che viene affrontata nel viaggio della NASA su Marte."

Gli strumenti a bordo di MAVEN hanno tenuto traccia dell'atmosfera marziana e ciò che è stato scoperto è che l'attività solare, come i venti solari, rimuove effettivamente i gas all'interno dell'atmosfera marziana nel tempo e riduce la sua efficacia nel proteggere il pianeta dal sole e suoi dannosi raggi UV e radiazioni solari.

Sebbene la quantità di gas eliminati sia insignificante in un dato momento, circa 100 grammi, nel corso del tempo la quantità aumenta, soprattutto perché ogni secondo vengono prelevati da Marte 100 grammi di gas atmosferici. Nel corso di milioni di anni, puoi capire perché questo è un problema.

"L'erosione del vento solare è un meccanismo importante per la perdita atmosferica, ed era abbastanza importante da spiegare un cambiamento significativo nel clima marziano", ha affermato Joe Grebowsky, scienziato del progetto MAVEN del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.

"MAVEN sta anche studiando altri processi di perdita, come la perdita dovuta all'impatto di ioni o alla fuga di atomi di idrogeno, e questi non faranno che aumentare l'importanza della fuga atmosferica."

Di seguito, puoi vedere un'immagine generata al computer di come le tempeste solari influenzano l'atmosfera marziana:



Quindi, in breve, Marte potrebbe essere stato benissimo un pianeta perfettamente abitabile in un lontano passato, proprio come la Terra, ma l'attività solare ha bombardato il pianeta per così tanto tempo che non è più in grado di sostenere gli ingredienti necessari per la vita. Gli scienziati sono ancora alla ricerca di qualsiasi prova di vita su Marte, attuale o passata.


Alla ricerca del DNA

della NASA 2020 Marte Rover, il cui lancio è previsto per la prossima estate, cercherà segni di vita morta sul Pianeta Rosso. Lo stesso vale per il rover ExoMars europeo-russo, una missione che decollerà all'incirca nello stesso momento.

Ma alcuni ricercatori stanno spingendo per espandere la caccia alla vita marziana esistente. Uno di loro è il biologo molecolare Gary Ruvkun, che lavora al Massachusetts General Hospital e alla Harvard Medical School.

Ruvkun è uno dei tre principali investigatori del progetto Search for Extra-Terrestrial Genomes (SETG), che sta sviluppando uno strumento per rilevare la vita passata o presente basata su DNA o RNA su Marte e su altri mondi alieni.

Era nel panel Breakthrough Discuss con Finney e molti altri ricercatori, e ha anche tenuto un discorso alla conferenza esponendo il caso per mettere il Strumento SETG sui futuri rover su Marte e su altri esploratori robotici.

Parte di quel caso è incentrata su panspermia, l'idea che la vita si sia diffusa ampiamente in tutto il sistema solare, e forse nella galassia, con mezzi naturali o artificiali. Se la vita è davvero venuta sulla Terra da qualche altra parte, ci sono buone probabilità che una volta fiorisse anche su Marte, si pensa. Il Pianeta Rosso potrebbe essere stato la fonte, o potrebbe essere stato "seminato" come lo era la Terra.

Ruvkun considera molto probabile la panspermia durante il suo discorso Breakthrough Discuss, si è descritto come "un fanatico religioso" riguardo all'idea. Ruvkun ha citato come prova a sostegno l'emergere molto precoce dell'ATP sintasi, l'enzima che produce la molecola di accumulo di energia, l'adenosina trifosfato.

L'ATP sintasi risale alla base dell'albero della vita sulla Terra, il che significa che questa molecola intricata e complessa era attiva e funzionante circa 4 miliardi di anni fa, ha detto Ruvkun.

"Non è solo che la vita si è alzata per lavorare", ha detto. "È come se fosse diventato super altamente evoluto molto velocemente. Ecco perché la panspermia è così attraente".

Se la panspermia è davvero una cosa, allora qualsiasi forma di vita che troviamo su Marte o in qualsiasi altra parte del nostro sistema solare sarà probabilmente correlata a noi, hanno ragionato Ruvkun e altri. Cioè, tali organismi utilizzeranno il DNA o l'RNA come molecola genetica. Quindi, dovremmo andare a caccia di questa roba.

"Sembra davvero idiota non cercare il DNA su Marte", ha detto Ruvkun durante il suo discorso. "È un esperimento che vale la pena di fare, diremmo".


Come può Marte a volte essere più caldo della Terra?

Ricordi qualche settimana fa quando il tempo su Marte faceva notizia? A quel tempo, parti del Pianeta Rosso stavano sperimentando temperature che erano in realtà più calde di parti degli Stati Uniti. Naturalmente, c'erano parecchi scettici. Come potrebbe un pianeta con pochissima atmosfera che è più lontano dal Sole essere effettivamente più caldo della Terra?

Ebbene, secondo i dati recenti ottenuti dal rover Curiosity, le temperature nel cratere Gale hanno raggiunto un massimo diurno di -8 °C (17,6 °F) mentre città come Chicago e Buffalo hanno registrato minime da -16 a -20 °C (2 a -4 °F). A quanto pare, ciò è dovuto a una serie di stranezze interessanti che consentono una significativa variabilità della temperatura su Marte, che a volte consente ad alcune regioni di diventare più calde rispetto ai luoghi qui sulla Terra.

Non è un segreto che lo scorso inverno qui in Nord America abbiamo vissuto un fronte freddo da record. Ciò era dovuto a ondate di aria fredda che arrivavano dalla Siberia e dal Polo Nord in Canada, nelle pianure settentrionali e nel Midwest. Ciò ha portato molte città a sperimentare condizioni meteorologiche simili a gennaio a novembre e diverse città a raggiungere minimi record che non si vedevano da decenni o più.

Ghiaccio di anidride carbonica su Marte, che subisce la sublimazione dal riscaldamento solare per creare strutture poligonali. Credito: NASA/JPL/Università dell'Arizona

Ad esempio, la mattina del 18 novembre 2014 è stata la più fredda dal 1976, con una temperatura media nazionale di -7 °C (19,4 °F). Lo stesso giorno, Detroit ha stabilito un record che aveva stabilito nel 1880, con un minimo record di -12 ° C (11 ° F).

Cinque giorni prima, la città di Denver, in Colorado, ha registrato temperature fino a -26 °C (-14 °F), mentre la città di Casper, nel Wyoming, ha toccato un minimo record di -33 °C (-27 °F). E poi il 20 novembre, la città di Jacksonville, in Florida, ha battuto un precedente record (che aveva stabilito nel 1873) con un minimo insolito di -4° C (25 ° F).

Difficile da credere non è vero? Se non fosse per il costante bisogno di bombole di ossigeno, più persone potrebbero prendere in considerazione il volontariato per la missione di colonizzazione di Mars One – che, a proposito, è ancora programmata per partire nel 2023, quindi c'è ancora un sacco di tempo per registrarsi! Tuttavia, queste cifre comparative riescono a nascondere alcuni fatti interessanti su Marte.

Per cominciare, Marte sperimenta una temperatura superficiale media di circa -55 ° C (-67 ° F), con temperature al polo che raggiungono il gelido -153 ° C (-243.4 ° F). Nel frattempo, qui sulla Terra la temperatura superficiale media è di 7,2 ° C (45 ° F), che è anche dovuta a una grande variabilità stagionale e geografica.

L'eccentricità dell'orbita di Marte intorno al 8217 significa che è più vicino di 42,5 milioni di km in alcuni periodi dell'anno. Credito: NASA

Nelle regioni desertiche vicino all'equatore, la temperatura può raggiungere i 57,7 ° C, con la temperatura più calda mai registrata di 70,7 ° C (158,36 ° F) in estate nella regione desertica dell'Iran. Al polo sud in Antartide le temperature possono raggiungere i -89,2 °C (-128,6 °F). Abbastanza freddo, ma ancora mite rispetto alle calotte polari di Marte!

Inoltre, dal suo arrivo nel 2012, il Curiosity Rover si è spostato all'interno del cratere Gale – che si trova vicino all'equatore del pianeta. Qui, la temperatura del pianeta subisce la maggiore variabilità e può raggiungere i 20 °C (68 °F) durante il mezzogiorno.

E, ultimo, ma non meno importante, Marte ha un'eccentricità maggiore di tutti gli altri pianeti del sistema solare, tranne Mercurio. Ciò significa che quando il pianeta è al perielio (il più vicino al Sole) è circa 0,28 AU (42,5 milioni di km) più vicino rispetto a quando è all'afelio (il più lontano dal Sole). Avendo appena superato il perielio di recente, le temperature medie della superficie di Marte possono variare fino a ulteriori 20 ºC.

In breve, Marte è ancora, e di gran lunga, il più freddo dei due pianeti. Non che sia una competizione o qualcosa del genere…


Quanto è freddo Marte?

Quanto è freddo Marte? Ora, questa è una bella domanda. La temperatura media sulla superficie marziana è di -63°C. È noto che parti di Marte scendono fino a -123°C. Ci sono due ragioni principali per cui Marte è più freddo della Terra: è più lontano dal Sole e ha un'atmosfera che è troppo sottile per trattenere il calore.

L'atmosfera marziana contiene gas serra che causerebbero una superficie molto più calda se il pianeta avesse la gravità e il campo magnetico che gli permetterebbero di trattenere i gas. Quella poca atmosfera (spessa solo l'1% di quella terrestre e 8217) che si aggrappa a Marte è il 95,32% di anidride carbonica. Come sappiamo per esperienza qui sulla Terra, maggiori quantità di CO2 causare temperature più elevate. Lo chiamiamo un gas serra e attribuiamo il riscaldamento globale all'aumento di questi gas. Se Marte potesse contenere il suo contenuto di anidride carbonica, ci sarebbe un riscaldamento globale incontrollato in tutto il pianeta.

La gravità su Marte è solo del 38% più forte di quanta lo sia qui sulla Terra. Quella bassa gravità consente a molti dei gas necessari per trattenere il calore vicino alla superficie di fuggire nello spazio. Si pensa che il nucleo del pianeta sia solido. Senza un nucleo fuso rotante, Marte non è in grado di generare un campo magnetico. Senza un campo magnetico, il vento solare e le radiazioni bombardano costantemente l'atmosfera marziana, spazzando via un'altra porzione dei gas necessari per riscaldare il pianeta.

Ci sono prove che Marte non è sempre stato un pianeta gelido. Alcuni strumenti sonda sul Mars Express suggeriscono che un tempo Marte era abbastanza caldo da supportare l'acqua liquida. Uno strumento radar ha trovato ghiaccio d'acqua, uno strumento di mappatura dei minerali ha scoperto sostanze chimiche formatesi solo in un ambiente umido e una telecamera ha mostrato le caratteristiche formate dall'acqua corrente. Il Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding (MARSIS) ha sondato fino a migliaia di metri trovando ghiaccio d'acqua lungo il percorso. Lo spettrometro di mappatura mineralogica visibile e infrarossa OMEGA ha rilevato minerali simili all'argilla che si formano durante l'esposizione a lungo termine all'acqua, solfati (un minerale che si forma quando l'acqua evapora) e ossido ferrico. Ciascuno indica la presenza a lungo termine di acqua liquida sulla superficie. Le immagini della telecamera stereo ad alta risoluzione (HRSC) mostrano caratteristiche che potrebbero essere formate solo dall'erosione dell'acqua che scorre.

La risposta rapida a ”quanto fa freddo Marte?” è in media -63°C. Se si esaminano i fattori che contribuiscono a quella temperatura, è necessario esaminare anche il passato del pianeta. Alcuni scienziati pensano che Marte avrebbe potuto essere una giungla lussureggiante come un pianeta se non avesse perso la sua atmosfera.

Quanto è freddo Marte? Leggi questo articolo e scopri che Marte è DAVVERO freddo. E la prova che Marte è stato freddo per miliardi di anni.

Maggiori informazioni su Marte sono disponibili Comunicati stampa di Hubblesite su Marte. Ecco un articolo di Space.com su come i microbi possono sopravvivere alle basse temperature, forse anche un giorno su Marte.

Infine, se desideri saperne di più su Marte in generale, abbiamo realizzato diversi episodi di podcast sul Pianeta Rosso su Astronomy Cast. Episodio 52: Marte, e Episodio 91: Alla ricerca dell'acqua su Marte.


Perché la vita su Marte potrebbe essere impossibile?

M ars è un posto schifoso dove cercare di vivere con il freddo paralizzante, le radiazioni roventi e la sottile atmosfera di anidride carbonica. Questo non ci ha impedito di cercare la vita su Marte o di sperare di viverci un giorno. Dopotutto, il pianeta rosso era un mondo acquatico come il nostro, con oceani e mari e valli fluviali impetuose. La vita microbica iniziata in quei giorni potrebbe, teorizzano gli scienziati, essere ancora in tasca oggi.

Questa teoria potrebbe essere buona, ma le probabilità sono diventate molto più ridotte. Secondo un nuovo studio in Rapporti scientifici, il suolo marziano stesso può essere tossico per i batteri. Tutti i microrganismi che potrebbero essere emersi in passato sarebbero oggi avvelenati a morte.

Quando i veicoli spaziali Viking 1 e 2 sono atterrati su Marte nel 1976, hanno rilevato quelli che sembravano essere perclorati nel suolo marziano e tre veicoli spaziali successivi, incluso il rover Curiosity, che è ancora al lavoro sul Pianeta Rosso, hanno confermato tale scoperta. Una forma altamente ossidata di cloro, i perclorati possono servire come fonte di energia per batteri e cibo semplice che li aiuta a vivere dei frutti della terra. Inoltre, come i sali comuni, i perclorati abbassano il punto di fusione dell'acqua, permettendole di esistere in forma liquida a misura di vita. Il problema è che i perclorati possono anche essere tossici per i batteri, a seconda della presenza di radiazioni ultraviolette che, sfortunatamente, bagnano Marte continuamente.

Per determinare se il composto è una cosa buona o cattiva per la vita, la studentessa post-laurea Jennifer Wadsworth e il professor Charles Cockell, entrambi della School of Physics and Astronomy dell'Università di Edimburgo, hanno deciso di creare un po' di Marte in laboratorio per vedere se un tipo di batterio terrestre comune&mdashBacillus subtilis&mdash è sopravvissuto. Wadsworth e Cockell hanno prima immerso i batteri in una soluzione acquosa di perclorato di magnesio, il tipo più comune su Marte, e all'incirca nelle stesse concentrazioni. Lo hanno poi esposto alla radiazione ultravioletta nella stessa lunghezza d'onda generale di quella che bagna Marte. Lo standard che usavano per misurare come se la cavavano i batteri era il più generoso possibile: la vitalità era considerata qualcosa di più di zero cellule sopravvissute.

Anche quella barra bassa, tuttavia, era impossibile da cancellare sul Marte simulato. Le cellule irradiate nella soluzione di perclorato sono state completamente sterilizzate entro 30 secondi. Le cellule irradiate senza il perclorato hanno fatto meglio, ma non in modo significativo: ci sono voluti solo 60 secondi per spazzare via la colonia.

Le celle reali sul vero Marte, tuttavia, potrebbero avere un vantaggio, perché l'acqua liquida non si accumula sulla superficie. Per avvicinarsi più da vicino a Marte, i ricercatori hanno poi depositato le cellule all'interno di rocce simulate e in realtà dischi di silicato e in un ambiente secco di perclorato. Quelle cellule sono andate meglio quando sono state colpite dalle radiazioni, con il numero di batteri sopravvissuti che è diminuito di 9,1 volte e meno, ma meglio del wipeout del 100%. Le cellule immerse nella radiazione senza il perclorato hanno sperimentato solo un doppio calo. Non c'è nulla di chimicamente protettivo nella silice, i ricercatori credono che sia semplicemente che è più difficile per la radiazione penetrare nei dischi solidi.

Nel complesso, tuttavia, hanno scritto Wadsworth e Cockell, "la superficie di Marte è letale per le cellule vegetative e rende inabitabile gran parte della superficie e delle regioni vicine alla superficie".

Ma gran parte della superficie non è tutta la superficie, e ci sono alcune cose che funzionano a favore dei batteri. Per cominciare, c'è il freddo. I ricercatori hanno inizialmente condotto il loro esperimento a una temperatura confortevole di 77° F (25° C), una temperatura alla quale i batteri soccombono rapidamente. Ma quando l'hanno lasciato cadere a poco più di 39° F (4° C), la perdita batterica si è ridotta di dieci volte. Le temperature massime della superficie su Marte possono raggiungere quasi i 76°F (22°C), ma la temperatura media in tutto il pianeta è molto più fredda di -67°F (-55°C).

Da qualche parte tra la temperatura troppo calda alla quale il perclorato sarebbe mortale e il punto troppo freddo in cui i batteri si congelerebbero comunque a morte, dovrebbe esserci una zona di comfort. Altre variabili, come la concentrazione di perclorato&mdash che non è coerente ovunque su Marte&mdashand, la protezione che i batteri del sottosuolo avrebbero dalle radiazioni ultraviolette potrebbe anche consentire sacche di vita.

Se c'è stato un vantaggio nei risultati, è stato nel tipo di cellule che Wadsworth e Cockell hanno usato nel loro studio. Bacillus subtilis sono tra i batteri terrestri più comuni che possono contaminare i veicoli spaziali prima che lascino il suolo. Il timore è sempre stato che, se fossero sopravvissuti al viaggio interplanetario, le cellule potessero contaminare anche Marte, forse superando gli organismi nativi. Il fatto che Marte sia così ostile ad almeno questo tipo di vita è un'ottima notizia. Il fatto che possa essere ugualmente ostile a tutta la vita lo è decisamente meno.


Perché Marte?

Tra i corpi planetari del nostro sistema solare, Marte è singolare in quanto possiede tutte le materie prime necessarie per sostenere non solo la vita, ma un nuovo ramo della civiltà umana. Questa unicità è illustrata più chiaramente se mettiamo a confronto Marte con la Luna dell'8217 della Terra, il luogo alternativo più frequentemente citato per la colonizzazione umana extraterrestre.

A differenza della Luna, il Pianeta Rosso è ricco di carbonio, azoto, idrogeno e ossigeno, tutti in forme biologicamente facilmente accessibili come anidride carbonica, azoto, ghiaccio d'acqua e permafrost. Tranne che nei crateri polari permanentemente ombreggiati dove prevalgono le temperature ultra fredde, carbonio, azoto e idrogeno sono presenti sulla Luna solo in quantità di parti per milione. L'ossigeno è abbondante sulla Luna, ma solo in ossidi strettamente legati come il biossido di silicio (SiO2), l'ossido di ferro (Fe2O3), l'ossido di magnesio (MgO) e l'ossido di allumina (Al2O3), che richiedono processi energetici molto elevati per essere ridotti. Le conoscenze attuali indicano che se Marte fosse liscio e tutto il suo ghiaccio e permafrost si sciogliessero in acqua liquida, l'intero pianeta sarebbe coperto da un oceano profondo oltre 100 metri. Questo contrasta fortemente con la Luna, che è così secca che se vi fosse trovato del cemento, i coloni lunari lo estraerebbero per far uscire l'acqua. Quindi, se le piante potessero essere coltivate nelle serre sulla Luna (una proposta improbabile, come abbiamo visto), la maggior parte della loro biomassa dovrebbe essere importata.

La Luna è inoltre carente di circa la metà dei metalli di interesse per la società industriale (rame, per esempio), così come di molti altri elementi di interesse come zolfo e fosforo. Marte ha ogni elemento necessario in abbondanza. Inoltre, su Marte, come sulla Terra, si sono verificati processi idrologici e vulcanici che probabilmente hanno consolidato vari elementi in concentrazioni locali di minerali di alta qualità. In effetti, la storia geologica di Marte è stata paragonata a quella dell'Africa, con deduzioni molto ottimistiche sulla sua ricchezza mineraria implicita come corollario. Al contrario, la Luna non ha praticamente avuto storia di acqua o azione vulcanica, con il risultato che è fondamentalmente composta da rocce spazzatura con pochissima differenziazione in minerali che rappresentano concentrazioni utili di qualcosa di interessante.

È possibile generare energia sia sulla Luna che su Marte con i pannelli solari, e qui i vantaggi dei cieli più limpidi della Luna e della maggiore vicinanza al Sole rispetto a Marte bilanciano grosso modo lo svantaggio dei grandi requisiti di accumulo di energia creati dalla Luna 28- ciclo giorno luce/buio. Ma se si desidera produrre pannelli solari, in modo da creare una base di potenza autoespandibile, Marte ha un enorme vantaggio, poiché solo Marte possiede le grandi riserve di carbonio e idrogeno necessarie per produrre il silicio puro necessario per la produzione di pannelli fotovoltaici e altri elettronica. Inoltre, Marte ha il potenziale per l'energia eolica, mentre la Luna chiaramente no. Ma sia l'energia solare che quella eolica offrono un potenziale relativamente modesto: decine o al massimo centinaia di kilowatt qua e là. Per creare una civiltà vibrante hai bisogno di una base di energia più ricca, e questo Marte ha sia a breve che a medio termine sotto forma di risorse di energia geotermica che offrono il potenziale per un gran numero di centrali elettriche create localmente nei 10 MWe ( 10.000 kilowatt). A lungo termine, Marte godrà di un'economia ricca di energia basata sullo sfruttamento delle sue grandi risorse domestiche di combustibile al deuterio per i reattori a fusione. Il deuterio è cinque volte più comune su Marte che sulla Terra e decine di migliaia di volte più comune su Marte che sulla Luna.

Il problema più grande con la Luna, come con tutti gli altri corpi planetari senz'aria e le colonie artificiali proposte nello spazio libero, è che la luce solare non è disponibile in una forma utile per la coltivazione. Un singolo acro di piante sulla Terra richiede 4 MW di energia solare, un chilometro quadrato ha bisogno di 1.000 MW. Il mondo intero messo insieme non produce abbastanza energia elettrica per illuminare le fattorie dello stato del Rhode Island, quel gigante agricolo. Coltivare colture con luce generata elettricamente è semplicemente senza speranza economica. Ma non puoi usare la luce solare naturale sulla Luna o qualsiasi altro corpo senz'aria nello spazio a meno che non metti muri sulla serra abbastanza spessi da schermare i brillamenti solari, un requisito che aumenta enormemente le spese per la creazione di terreni coltivati. Anche se lo facessi, non ti servirebbe a niente sulla Luna, perché le piante non cresceranno in un ciclo luce/buio della durata di 28 giorni.

Su Marte c'è un'atmosfera abbastanza densa da proteggere le colture cresciute in superficie dai brillamenti solari. Pertanto, le serre di plastica gonfiabili a parete sottile protette da cupole di plastica dura non pressurizzate resistenti ai raggi UV possono essere utilizzate per creare rapidamente terreni coltivati ​​in superficie. Anche senza i problemi dei brillamenti solari e un ciclo diurno di un mese, serre così semplici sarebbero poco pratiche sulla Luna perché creerebbero temperature insopportabilmente alte. Su Marte, invece, il forte effetto serra creato da tali cupole sarebbe proprio quello necessario per produrre un clima temperato all'interno. Tali cupole fino a 50 metri di diametro sono abbastanza leggere da essere inizialmente trasportate dalla Terra, e in seguito possono essere fabbricate su Marte con materiali indigeni. Poiché su Marte esistono tutte le risorse per produrre la plastica, reti di tali cupole da 50 a 100 metri potrebbero essere rapidamente prodotte e dispiegate, aprendo vaste aree della superficie sia all'abitazione umana che all'agricoltura. Questo è solo l'inizio, poiché alla fine sarà possibile per gli umani addensare sostanzialmente l'atmosfera di Marte costringendo la regolite a degassare il suo contenuto attraverso un programma deliberato di riscaldamento globale indotto artificialmente. Una volta che ciò è stato realizzato, le cupole abitative potrebbero essere virtualmente di qualsiasi dimensione, in quanto non dovrebbero sostenere un differenziale di pressione tra il loro interno ed esterno. Infatti, una volta fatto ciò, sarà possibile allevare colture appositamente allevate all'esterno delle cupole.

Il punto da sottolineare è che, a differenza dei coloni su qualsiasi altro corpo extraterrestre conosciuto, i coloni marziani saranno in grado di vivere sulla superficie, non nei tunnel, e muoversi liberamente e coltivare i raccolti alla luce del giorno. Marte è un luogo dove gli esseri umani possono vivere e moltiplicarsi in gran numero, sostenendosi con prodotti di ogni tipo realizzati con materiali indigeni. Marte è quindi un luogo in cui può essere sviluppata una vera civiltà, non solo un avamposto minerario o scientifico.

Per la nostra generazione, e per quelle che seguiranno presto, Marte è il Nuovo Mondo.


Il ruolo dell'acqua

Come la farina per una torta, l'acqua è un ingrediente importante della superficie terrestre. L'acqua fa muovere lentamente la temperatura. That’s why the temperatures in tropical rainforests does not change much, but the Sahara desert is cold at night. Earth is rich in water.

Let’s have a look at our solid planets. Mercury is the closest planet to the Sun, but it has a very thin atmosphere and is not the warmest planet. Venus is very, very hot. Its atmosphere is rich in carbon dioxide (over 96%) and it is very dense.

The atmosphere of Mars is also rich in carbon dioxide (above 96%), but it is extremely thin (1% of Earth’s atmosphere), very dry and located further away from the Sun. This combination makes the planet an incredibly cold place.

The absence of water makes the temperature on Mars change a lot. The Mars exploration rovers (Spirit at Gusev Crater and Opportunity at Meridiani Planun) experienced temperatures ranging from a few degrees Celsius above zero to minus 80℃ at night: every single Martian day, known as sol.


This Is Why Mars Is Red And Dead While Earth Is Blue And Alive

Mars and Earth, to scale, shows how much larger and more friendly to life our planet is than our red . [+] neighbor. Mars, the red planet, has no magnetic field to protect it from the solar wind, meaning that it can lose its atmosphere in a way that Earth doesn't.

Imagine the early days of our Solar System, going back billions of years. The Sun was cooler and less luminous, but there were (at least) two planets — Earth and Mars — with liquid water covering large portions of their surfaces. Neither world was completely frozen over owing to the substantial presence of greenhouse gases, including carbon dioxide. Both may have even had primitive life forms in their young oceans, paving the way for a bright, biology-friendly future.

Over the past few billion years, both planets have undergone dramatic changes. Yet, for some reason, while Earth became oxygen-rich, remained temperate, and saw life explode on its surface, Mars simply died. Its oceans disappeared it lost its atmosphere and no life signs have yet been found there. There must be a reason why Mars died while Earth survived. It took decades, but science has finally figured it out.

Trilobites fossilized in limestone, from the Field Museum in Chicago. All extant and fossilized . [+] organisms can have their lineage traced back to a universal common ancestor that lived an estimated 3.5 billion years ago, and much of what's occurred in the past 550 million years is preserved in the fossil records found in Earth's sedimentary rocks.

One of the most spectacular features of Earth is the fact that the history of life on our world is written into the fossil record. Over hundreds of millions of years, sediments have been deposited both on land and in the oceans, with various organisms leaving their telltale imprints within them.

Of all the sedimentary rocks on Earth, about 10% of them are limestone, which are often composed of the remnants of marine organisms like coral, amoebas, algae, plankton, and mollusks. Limestone is primarily made of calcium carbonate, while some forms also have magnesium and silicon present.

The Cretaceous-Paleogene boundary layer is very distinct in sedimentary rock, but it's the thin . [+] layer of ash, and its elemental composition, that teaches us about the extraterrestrial origin of the impactor that caused the mass extinction event. Earth has hundreds of meters worth of sedimentary rock covering its surface practically everywhere, with limestone making up about 10% of the sedimentary rock in total.

The "carbonate" part, however, is universal to limestone on Earth, as well as other ocean-deposited minerals like the magnesium-rich dolomite. It's the carbon dioxide in the atmosphere that leads to the formation of carbonate rocks, as

  • the gaseous CO2 in the atmosphere gets soaked up by the ocean until there's an equilibrium point reached,
  • and then that oceanic carbon dioxide combines with minerals (such as calcium, magnesium, etc.) found in the water,
  • either forming grains or chemical precipitates,
  • that then get deposited on the ocean floor, leading to sedimentary rock formation.

There are both biological and geochemical origins for the limestone we find on Earth, making it one of the most abundant rocks on Earth's surface. It's generally thought that the vast majority of Earth's early CO 2 atmosphere eventually wound up in our surface limestone.

Seasonal frozen lakes appear throughout Mars, showing evidence of (not liquid) water on the surface. . [+] These are just a few of the many lines of evidence that point to a watery past on Mars.

There is an overwhelming amount of evidence that Mars had a watery past. Seasonal ices can be found not only at the poles, but in various basins and craters dotting the Martian surface. Features like dried-up riverbeds — often featuring oxbow bends like those found on Earth — stream throughout the landscape. Evidence of ancient flows leading into great oceanic basins, possibly even including tidal rhythmites, abounds all over the red planet.

These features may have been telltale signs of an ancient past where liquid water was abundant, but that's no longer the case today. Instead, there's so little atmosphere left on Mars that pure, uncontaminated liquid water is actually impossible at most locations on Mars. There's simply insufficient pressure at the surface for liquid H2O to exist.

Oxbow bends only occur in the final stages of a slowly-flowing river's life, and this one is found . [+] on Mars. It would be foolish to conclude that such a feature as this could have formed by glacial flows, erosion, or any means other than freely-flowing liquid water.

NASA / Mars Global Surveyor

Even before we had rovers exploring the surface of Mars, the evidence of a watery past was very strong. Once we began exploring the surface in earnest, however, the evidence became too strong to ignore. The hematite spheres found by the Mars Opportunity rover all but sealed it. Particularly with the way some of the spheres were seen to be connected to one another, there was no reasonable possibility of forming them without liquid water.

Since Mars once had a similarly CO 2-rich atmosphere to early Earth, it was assumed that limestone and other carbonate rocks would be found on its surface. But there was none found by the Viking landers, nor by Soujourner, Spirit, or Opportunity.

As discovered by the Opportunity rover, hematite spheres and spherules have been found on Mars. . [+] While there may be mechanisms to form them that don't necessarily involve liquid water, there are no known mechanisms, even in theory, that can form them fused together (as found) in the absence of liquid.

It wasn't until the Mars Phoenix lander arrived that any calcium carbonate was found at all, and even that was a small amount: likely produced by an evaporating body of water in its final stages. Compared to the hundreds of meters (or even in excess of a kilometer in places) of carbonate rocks on Earth, there was nothing like it on Mars.

This was extraordinarily puzzling to Martian scientists. Perhaps 20 years ago, the overwhelming expectation was that Mars would have lost its carbon dioxide the same way Earth did: to its oceans and then to deposition in carbonate rocks. But that's not what the rovers found. In fact, in place of carbonates, they found something else that was perhaps equally surprising: sulfur-rich minerals. In particular, it was Opportunity's discovery of the mineral jarosite that completely changed the story.

Cape St. Vincent, shown here in assigned color, is one of many such capes around the rim of Victoria . [+] crater. The stratified layers of ground provide evidence for a sedimentary rock history on Mars, which also implies the past presence of liquid water. Opportunity's discovery of the mineral jarosite was a game-changer for Martian geology.

This allowed scientists to paint an entirely different picture of Mars from Earth. On Earth, our oceans are approximately pH-neutral, which is extremely conducive to carbonate rocks precipitating out. Even in a CO 2 -rich environment, the carbonic acid still leads to a pH that's high enough that carbonates will precipitate out, leading to the limestones and dolomites found all over Earth's surface.

But sulfur changes the story dramatically. If early Mars had an atmosphere rich in not just carbon dioxide but also sulfur dioxide, its surface water could have been affected not by carbonic acid, but by sulfuric acid: one of the strongest acids in all of chemistry. If the oceans were acidic enough, it could have engineered the reverse reaction to what happened on Earth: sucking carbonates out of the land and into the oceans, leaving sulfur-rich deposits in their place.

Payson Ridge, shown here, is a feature found on Mars by Opportunity whose origin is still . [+] unexplained even today. Many of the rocky deposits found on Mars contain sulfur, while relatively few contain carbon. This was one of the great mysteries of the Martian surface for many years.

This would explain the ocean and surface chemistry of Mars, but would mean we needed an entirely different mechanism to explain where the Martian atmosphere went. Whereas a large portion of Earth's atmosphere ended up in the Earth itself, that explanation simply wouldn't fly for Mars.

Instead of "down," perhaps the atmosphere went "up" and into the depths of space.

Perhaps Mars, much like Earth, once had a magnetic field to protect it from the solar wind. But at just half the diameter of Earth and with a lower-density, smaller core, perhaps Mars cooled enough so that its active magnetic dynamo went quiet. And perhaps this was a turning point: without its protective magnetic shield, there was nothing to protect that atmosphere from the onslaught of particles from the Sun.

The solar wind is radiated spherically outward from the Sun, and puts every world in our Solar . [+] System at risk of having its atmosphere stripped away. While Earth's magnetic field is active today, protecting our planet from these traveling particles, Mars no longer has one, and is constantly losing atmosphere even today.

Was this correct? Is this really how Mars lost its atmosphere, stripping the planet of its ability to have liquid water at the surface and rendering it cold, sparse and barren?

That was the whole purpose behind NASA's MAVEN mission. The goal of MAVEN was to measure the rate at which the atmosphere was being stripped by the solar wind from Mars today, and to infer the rate throughout the red planet's history. The solar wind is powerful, but molecules like carbon dioxide have a high molecular weight, meaning it's difficult to get them up to escape velocity. Could the loss of a magnetic field coupled with the solar wind provide a viable mechanism to transform Mars from an atmosphere-rich world with liquid water at its surface to the Mars we know today?

Without the protection of an active magnetic field, the solar wind constantly strikes Mars's . [+] atmosphere, causing a portion of the particles comprising its atmosphere to be swept away. If we were to infuse Mars, today, with an Earth-like atmosphere, the solar wind would whittle it back down to its present density in a mere few tens of millions of years.

Lundin et al. (2004) Science, Vol. 305. no. 5692, pp. 1933–1936

What MAVEN saw was that Mars loses, on average, about 100 grams (¼ pound) of atmosphere to space every second. During flaring events, where the solar wind becomes much stronger than normal, that increases to about twenty times the typical value. When the atmosphere was much denser, though, the same level of solar wind would strip it away much more quickly.

100 million years would be sufficient to transform a Mars-sized world, without any protection from the solar wind, from having an Earth-like atmosphere to one akin to what we find on present-day Mars. After perhaps a billion years with liquid water precipitating and flowing freely on the Martian surface, a tiny slice of cosmic history was enough to blow the habitable prospects of Mars completely away.

Both Mars and Earth had early atmospheres that were heavy, massive, and extraordinarily rich in CO 2. While Earth's carbon dioxide got absorbed into the oceans and locked up into carbonate rocks, Mars was unable to do the same, as its oceans were too acidified. The presence of sulfur dioxide led to Martian oceans that were rich in sulfuric acid. This led to geology of Mars we've discovered with rovers and landers, and pointed to a different cause — the solar wind — as the culprit in the mystery of the missing Martian atmosphere.

Thanks to NASA's MAVEN mission, we've confirmed that this story is, in fact, the way it happened. Some four billion years ago, the core of Mars became inactive, its magnetic field disappeared, and the solar wind stripped the atmosphere away. With our magnetic field intact, our planet will remain blue and alive for the foreseeable future. But for a smaller world like Mars, its time ran out long ago. At last, we finally know why.