Ghiaccio e composti organici su Mercurio

La sonda americana MESSENGER ha raccolto nuove prove che sembrano confermare la presenza di abbondanti quantità di acqua ghiacciata e altri elementi volatili allo stato solido nei crateri attorno alle regioni polari di Mercurio.

Mercurio è il pianeta più vicino al nostro Sole, un posto dove potrebbe sembrare quasi impossibile trovare ghiaccio. Eppure, dato che l'inclinazione dell'asse di rotazione del pianeta è minore di un grado, vi sono piccoli crateri nelle regioni polari che sono perennemente in ombra e che quindi possiedono condizioni ideali per ospitare acqua ghiacciata.

Questa conclusione è derivata da tre indizi raccolti dalla sonda: la prima misurazione, eseguita da parte dello spettrometro a neutroni, di un eccesso di idrogeno nel polo nord di Mercurio; la prima misurazione, effettuata con l'altimetro laser, della riflettanza – ossia la quantità di luce riflessa – dei depositi nelle regioni polari alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso; infine, i primi accurati modelli sulle temperature superficiali della regione polare boreale di Mercurio usando i dati topografici ricavati dall'altimetro.

L'idea che ci possa essere acqua allo stato solido su Mercurio iniziò a diffondersi nel 1991, quando il radiotelescopio portoricano di Arecibo osservò alcune chiazze particolarmente brillanti ai poli del pianeta. Queste piccole chiazze riflettevano le onde radio in una maniera che poteva essere spiegata solo con la presenza di ghiaccio. Confrontando la posizione di queste chiazze con alcune immagini ottenute dalla sonda Mariner 10 una ventina d'anni prima, i ricercatori scoprirono che molte di esse corrispondevano a enormi crateri. Purtroppo, la sonda americana aveva mappato meno della metà della superficie del pianeta, e quindi non si poteva ancora dare una risposta certa.

Un nuovo capitolo di questa teoria incominciò quando la sonda MESSENGER giunse in orbita attorno a Mercurio, l'anno scorso. A marzo di quest'anno, la sonda statunitense ha confermato la presenza di questi crateri perennemente avvolti nell'oscurità.

Ora, nuovi dati ottenuti dalla sonda evidenziano che in questi crateri molto probabilmente sono presenti enormi depositi di acqua ghiacciata. Nei crateri più freddi potrebbe esserci del ghiaccio in superficie, ma gli astronomi credono che più spesso il ghiaccio sia sepolto sotto uno strato di materiale molto scuro.

MESSENGER ha utilizzato il metodo spettroscopico dello scattering di neutroni per misurare le concentrazioni medie di idrogeno in questi crateri misteriosi.

«I dati dei neutroni indicano che i depositi polari luminosi al radar contengono, in media, uno strato ricco di idrogeno spesso decine di centimetri sotto uno strato superficiale di 10-20 centimetri che è meno ricco di idrogeno» ha commentato David Lawrence del John Hopkins University Applied Physics Laboratory. «Lo strato sottostante ha una quantità di idrogeno simile a quella del ghiaccio puro».

I dati ottenuti dall'altimetro MLA a bordo di MESSENGER – che ha sparato più di 10 milioni di impulsi laser alla superficie di Mercurio per ottenere i dati topografici – avvalorano quelli ottenuti dallo spettrometro, come afferma Gregory Neumann del centro spaziale Goddard. In uno studio separato, Neumann e il suo team hanno scoperto che i dati ottenuti dall'MLA mostrano depositi irregolari sia scuri sia chiari alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso.

«Queste anomalie di riflettanza sono concentrate su alcuni pendii inclinati verso i poli» scrive Neumann. «La correlazione tra i dati sulla riflettanza e i modelli di temperatura indicano che le regioni luminose possono essere spiegate solo dalla presenza di ghiaccio in superficie».

L'MLA ha inoltre rilevato alcune zone più scure che potrebbero corrispondere alle regioni dove i depositi di ghiaccio sono sepolti sotto uno strato di materiale isolante.
Secondo Neumann, i depositi potrebbero essere stati originati da un impatto con una cometa o alcuni asteroidi ricchi di elementi volatili. Questa ipotesi va in sintonia con un terzo studio condotto da David Paige dell'Università della California a Los Angeles.
Paige ha chiesto l'aiuto di alcuni suoi colleghi per ricreare i primi modelli approfonditi delle temperature superficiali e degli strati più bassi dell'atmosfera di Mercurio attorno alla regione polare. I modelli sono stati costruiti basandosi sui dati ottenuti dall'MLA.
Le misurazioni «mostrano che la distribuzione spaziale delle regioni con un alto backscatter  (retrodiffusione) al radar combaciano con la prevista distribuzione del ghiaccio stabile» ha commentato Paige, che ha poi aggiunto che il materiale scuro è probabilmente un cocktail di composti organici portati su Mercurio da comete e asteroidi ricchi di elementi volatili, gli stessi che si pensa abbiano portato l'acqua sul pianeta. Questi composti organici potrebbero essersi inscuriti a causa delle forti radiazioni presenti anche nelle regioni più isolate.
«Questo materiale isolante scuro è una nuova piega di questa storia» ha commentato Sean Solomon del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University. «Per più di 20 anni abbiamo discusso sul fatto che Mercurio ospiti o meno grandi quantità di acqua ghiacciata nelle sue regioni polari costantemente in ombra. MESSENGER ha ora fornito un verdetto unanime».
«Ma le nuove osservazioni pongono anche nuove domande» continua Solomon. «I materiali scuri nei depositi polari sono formati principalmente da composti organici? Che tipo di reazioni chimiche ha coinvolto questo materiale? Possono esistere su Mercurio delle regioni che hanno sia acqua allo stato liquido, sia composti organici?  Solo con una continua esplorazione di Mercurio possiamo sperare di trovare una risposta a queste nuove domande».

Didascalie immagini
1) In rosso, i crateri perennemente in ombra attorno al polo nord di Mercurio.
© NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
2) Le zone gialle corrispondono alle chiazze luminose osservate nel 1991 dal radiotelescopio di Arecibo.
© National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
3) Le chiazze osservate dal radiotelescopio di Arecibo confrontate con una mappa della regione realizzata dalla sonda MESSENGER.
© NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory

Fonte
doi: 10.1029/2012JE004172v1