SIMULAZIONE DI UN NUCLEO DI FERRO E ZOLFO

Dritti al cuor della marziana

Su Nature Communications lo studio di ricercatori dell’Università di Tokyo misura le proprietà sismiche della lega di ferro e zolfo che si pensa costituisca il nucleo di Marte. Conoscere il comportamento delle onde P ad alte temperature e pressione è fondamentale perché le future missioni sul Pianeta rosso possano raccogliere dati sismografici interpretabili

     13/05/2020
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Le presse di tipo Kawai installate sugli strumenti Spring-8 e Kek-Pf al sincrotrone dell’Univeristà di Tokyo. Crediti: Nishida et al.

Parliamoci chiaro. Vogliamo davvero scoprire qualcosa in più riguardo al nucleo del Pianeta rosso? Allora cerchiamo di essere concreti, estremamente concreti: Marte si trova, mentre scriviamo, a circa 170 milioni di chilometri da noi (55 milioni di chilometri nella migliore delle circostanze, 400 milioni nella peggiore, a seconda di dove si trova rispetto alla Terra e al Sole). E sulla sua superficie è attualmente operativa una stazione sismografica ospitata dalla sonda InSight della Nasa. «Tuttavia, ci manca un’importante informazione senza la quale i dati raccolti non possono essere interpretati correttamente. Avremmo perlomeno bisogno di conoscere le proprietà sismiche della lega di ferro e zolfo che si pensa costituisca il nucleo del pianeta». A parlare è Keisuke Nishida, docente all’Università di Tokyo presso il dipartimento di scienze planetarie e della terra. Una persona con i piedi per terra: sa quanto l’esplorazione spaziale sia difficile, costosa e pericolosa. Prima di spedire sonde spaziali e sognare di camminare un giorno sulla terra rossa di Marte, dunque, meglio investire in simulazioni: le simulazioni in laboratorio con cui Nishida, e il team di ricercatori giapponesi con cui collabora, hanno testato le proprietà sismiche del nucleo marziano, per come gli scienziati suggeriscono sia composto. 

Lo studio è pubblicato su Nature Communications. I risultati dell’esperimento andranno confrontati con i dati raccolti dalle future missioni robotiche di esplorazione su Marte. Solo allora la scienza potrà avanzare conclusioni sulle ipotesi di un nucleo formato da leghe di ferro e zolfo. O ripartire daccapo, rimettendo in discussione la storia dell’origine del quarto pianeta. 

È lontano il tempo glorioso del gerarca Barbagli, tragicomico personaggio creato dalla fantasia di Corrado Guzzanti: più non si parte incuranti del pericolo alla conquista del «rosso pianeta bolscevico e traditor». Per andare «dritti al cuor della marziana» serve tecnologia.

Per misurare la velocità di propagazione delle onde P (che insieme alle onde S costituiscono le due tipologie di onda sismica) nelle leghe di ferro-zolfo fuse, il team giapponese ha dovuto lavorare più di tre anni. «Ma siamo riusciti a raccogliere i dati ultrasonici di cui avevamo bisogno», spiegano i ricercatori. 

«Il campione su cui abbiamo lavorato è estremamente piccolo», chiarisce Nishida. «Forse la cosa vi sorprenderà viste le dimensioni del pianeta cui applichiamo le nostre simulazioni. Lavorare ad altissime pressioni su scale micro, però, ci aiuta a comprendere strutture macro e a ricostruire la storia evolutiva di un pianeta su tempi geologici».

Un’onda P raggiunge velocità di propagazione di quasi 5 chilometri al secondo (4680 m/s per essere precisi) in una lega di ferro-zolfo alla temperatura di 1500 gradi Celsius (poco sopra il punto di fusione) e sottoposta alla pressione di 13 gigapascal. Siamo a oltre 13 volte la velocità del suono nell’aria. Per ricreare queste condizioni limite in laboratorio è stata impiegata una pressa di tipo Kawai, combinata a un fascio di raggi X proveniente da due strumenti del sincrotrone, Kek-Pf e Spring-8.

«L’esplorazione delle viscere della Terra, di Marte e di altri pianeti è una delle grandi frontiere della scienza», sottolinea Nishida. «È una sfida intrigante, un po’ per gli ordini di grandezza con cui dobbiamo fare i conti, ma anche per il modo in cui affrontiamo il problema, inchiodati alla superficie terrestre». Per saperne qualcosa del nucleo terrestre abbiamo impiegato più di un secolo e potendo fare affidamento su una rete di strumenti distribuita sull’intera superficie del pianeta. 

Il nucleo terrestre resta inaccessibile. E così quello marziano. Questa è la ragione per cui i dati sismografici sono tanto importanti: perché le onde sismiche sono le uniche in grado di attraversare un pianeta e aprire una finestra sul nucleo.

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