Marte e Terra: quella sottile linea rossa

Agli inizi della sua storia, il Sistema Solare fu teatro di episodi infinitamente più violenti anche del noto meteorite che 65 milioni di anni fa sterminò i due terzi di ogni forma di vita sul nostro pianeta. Lo scontro della Terra primigenia con un corpo grande quanto Marte (Theia) generò —per nostra fortuna — la Luna [1]. Poco dopo, un’altra collisione violenta tra Marte e un corpo grande quasi quanto la Luna fu probabilmente causa della peculiare orografia del Pianeta Rosso, e anche una delle conseguenze dell’Intenso Bombardamento Tardivo suggerito dalle esplorazioni Apollo.

L’altimetria di Marte rispetto a una mediana arbitraria. l’emisfero settentrionale appare come una enorme depressione.

Da quasi mezzo secolo ormai, la topografia di Marte è più o meno altrettanto nota di quella terrestre. Infatti sono del 1965 le prime immagini riprese dall’orbita marziana dal Mariner 4 a cui seguirono con discreto successo altre sonde, rover e satelliti.Tenendo conto di una media delle diverse altezze della superficie del pianeta, vien fuori che l’emisfero settentrionale è decisamente più basso dell’emisfero opposto, tanto che è stato supposto che 3,5 miliardi di anni fa potesse essere un unico vasto ma poco profondo oceano [2].

La dicotomia marziana

Questa è nota come la Dicotomia Marziana, e fin dalla sua scoperta ha tolto il sonno dei tanti planetologi che cercavano di spiegarla. Nel 1984 venne elaborata una teoria che prevedeva un unico grande impatto con un grande corpo celeste delle dimensioni comprese tra i 1500 e i 2700 chilometri (ossia tra le dimensioni di Plutone e quelle della Luna) proprio sull’emisfero settentrionale [3] [4] con un angolo compreso fra i 30 e i 60 gradi, circa 4 – 4,5 miliardi di anni fa. Come conseguenza del cataclisma, Marte avrebbe perso anche una buona parte della sua prima atmosfera.
Tesi interessante: ma l’impatto avrebbe dovuto rilasciare abbastanza calore nel mantello superiore da generare una catena di vulcani. Quattro miliardi di anni di erosione potrebbero spiegare la scomparsa dei segni dell’impatto come i bordi e il materiale piroclastico, ma non l’assenza di vulcani, che invece sono abbondanti nell’emisfero australe. 

Nel 2014 si affacciò una curiosa variante di quella stessa teoria, senonché l’impatto con il corpo celeste potrebbe essere avvenuto nell’emisfero opposto [5][6].
In questa nuova espressione, l’impatto dette origine a un oceano di magma emisferico che raffreddandosi dette origine ai noti altopiani meridionali e alla conseguente dicotomia marziana. Inoltre esso avrebbe arricchito il nucleo marziano di una notevole quantità di ferro. La conseguente anomalia termica profonda sarebbe all’origine del vulcanismo negli altopiani meridionali e nella fascia equatoriale del pianeta. 
Se da un lato l’eccesso di attività vulcanica avrebbe avuto il pregevole effetto di restituire al pianeta una consistente atmosfera, da l’altra un minore gradiente termico tra mantello e nucleo provocato da questa anomalia termica avrebbe finito per raffreddare e far solidificare quest’ultimo, provocando quindi la scomparsa del campo magnetico planetario [7] ed esposto la nuova atmosfera appena rigenerata dall’attività vulcanica alla tremenda erosione del vento solare che di fatto l’ha cancellata. 

L’intenso bombardamento tardivo

Tra il 1969 e il 1972 le missioni Apollo portarono sulla Terra molti campioni di suolo lunare. Dall’analisi di questi si scoprì che la Luna, e di conseguenza deve esserlo stato anche il Sistema Solare Interno, fu interessata da un massiccio bombardamento asteroidale tra i 2,5 e i 3,9 miliardi di anni fa [8][9].  Questo cataclisma oggi è conosciuto come Intenso Bombardamento Tardivo. La distribuzione delle dimensioni e la frequenza degli impatti sulla Luna suggeriscono che tale fenomeno sia stato così imponente da interessare anche il pianeta Mercurio.  Ci sono diverse teorie che cercano di spiegare l’IBT: dalla migrazione di Giove alla sua attuale orbita causata da una risonanza orbitale con Saturno di 2:1 fino alla formazione tardiva dei due pianeti giganti esterni che avrebbero scombussolato le orbite di oggetti transnettuniani accelerandoli in orbite più eccentriche. Altre teorie chiamano in causa un ipotetico quinto pianeta — che sarebbe poi finito nel Sole — dopo aver portato scompiglio nella fascia di asteroidi  principale.
Io credo che la prima sia la migliore: la stragrande maggioranza dei corpi transnettuniani non possiedono significative quantità di elementi pesanti e sono composti perlopiù da ghiaccio d’acqua e metano;  sono in sostanza delle comete e nessuna di queste avrebbe potuto arrivare a spegnere il debole nucleo fuso di Marte come in effetti pare sia avvenuto. Inoltre Marte potrebbe essersi formato molto più in là e solo dopo la migrazione (10^5 anni) di un Giove — più piccolo di oggi — attraverso il Sistema Solare [10] avrebbe spostato Marte verso orbite più interne e dato origine all’odierna fascia di asteroidi ricca di silicati e ferro; zona da cui più probabilmente poi sarebbe provenuto l’asteroide che ha colpito Marte.

Conclusioni

In un sistema dinamico complesso come un sistema planetario non è possibile immaginare che un singolo evento da qualche sua parte non sia legato a qualcos’altro da qualche altra parte. La formazione del sistema Terra-Luna, la Dicotomia Marziana, l’acqua sulla Terra e tanti altri eventi e situazioni oggi date per scontate, hanno tutte un motivo per essere come le osserviamo.  La linea temporale che descrive gli eventi del primo Sistema Solare è piuttosto complessa e merita un articolo tutto per sé, per questo vi dico che la narrazione di questa storia non termina qui.

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Riferimenti:

1. . Umberto Genovese, "L’oscura origine della Luna (II parte)", Il Poliedrico, 2013. https://ilpoliedrico.com/2013/12/loscura-origine-della-luna-ii-parte.html
2. . Umberto Genovese, "L’antico oceano di Marte", Il Poliedrico, 2012. https://ilpoliedrico.com/2012/08/lantico-oceano-di-marte.html
3. .W. Don E, and .S. Steven W, "The martian hemispheric dichotomy may be due to a giant impact", Nature, 1984. https://www.nature.com/articles/309138a0
4. .A. Jeffrey C, .Z. Maria T, and .B.B. W, "The Borealis basin and the origin of the martian crustal dichotomy", Nature, 2008. https://www.nature.com/articles/nature07011
5. . Giovanni Leone, .T. Paul J, .G. Taras V, .M. Dave A, and . Guizhi Z, "Three-dimensional simulations of the southern polar giant impact hypothesis for the origin of the Martian dichotomy", Geophysical Research Letters, 2014. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014GL062261/full
6. . Giovanni Leone, "Alignments of volcanic features in the southern hemisphere of Mars produced by migrating mantle plumes", Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2016. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377027315003662
7. . Umberto Genovese, "L’importanza di un nucleo fuso", Il Poliedrico, 2010. https://ilpoliedrico.com/2010/11/limportanza-di-un-nucleo-fuso.html
8. .H. William K, . Cathy Quantin, and . Nicolas Mangold, "Possible long-term decline in impact rates: 2. Lunar impact-melt data regarding impact history", Icarus, 2007. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103506003150
9. .A. , .D. T, and .A. D, " Support for the Lunar Cataclysm Hypothesis from Lunar Meteorite Impact Melt Ages", Science, 2000. http://science.sciencemag.org/content/290/5497/1754
10. S.N. Raymond, A. Izidoro, B. Bitsch, and S.A. Jacobson, "Did Jupiter's core form in the innermost parts of the Sun's protoplanetary disk?", arXiv, 2016. http://arxiv.org/abs/1602.06573