Far crescere le coltivazioni su Marte è molto più semplice nelle fiction che nella realtà: il Pianeta Rosso è un mondo inospitale, pieno di sfide. Una tra tutte, le temperature glaciali. Ciò significa che l’acqua può essere presente in superficie solo sotto forma di ghiaccio. Inoltre, l’atmosfera del pianeta offre pochissima protezione alle piante (o alle persone) dalle radiazioni del Sole.
Ovviamente, la NASA ha dei piani per portare in un prossimo futuro esseri umani su Marte, anche grazie a ciò che potrà apprendere dalle esplorazioni lunari che effettuerà con il suo programma Artemis, ma questi esseri umani necessiteranno di mangiare, e l’essere in grado di produrre cibo su Marte aiuterebbe molto a ridurre la quantità di forniture che andrebbero ad impattare sensibilmente sullo spazio e carburante necessari per le missioni con astronauti verso il Pianeta Rosso. Ma capire come (e dove) produrre questo cibo, cercando di essere al contempo estremamente cauti nel non contaminare Marte con batteri provenienti dalla Terra, sono alcune delle sfide che scienziati ed ingegneri saranno chiamati ad affrontare.
In un nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy, i ricercatori propongono l’utilizzo di un materiale chiamato aerogel, il quale potrebbe un giorno aiutare gli esseri umani a costruire serre ed altri ambienti ospitali, alle medie latitudini di Marte, là dove l’acqua al suo stato solido è già stata rilevata. Lo studio è stato finanziato dalla Facoltà di Arti e Scienze dell’Università di Harvard.
L’aerogel è un solido simile al polistirolo, ma composto al 99% da aria, il che lo rende estremamente leggero. Inoltre è ottimo nel prevenire il trasferimento di calore, rendendolo un eccellente isolante, infatti viene usato a tale scopo dai rover della NASA su Marte. L’aerogel è anche un materiale traslucido, permettendo quindi alla luce visibile di attraversarlo mentre le pericolose radiazioni della luce ultravioletta verrebbero bloccate. La maggior parte dell’aerogel è composta di silicio, lo stesso materiale naturale presente nel vetro.
In un esperimento condotto dall’autore dello studio, Robin Wordsworth di Harvard, 2 o 3 centimetri di aerogel di silice hanno permesso alla luce di una lampada, regolata per simulare la luce solare marziana, di scaldare la superficie sotto di esso fino a 65 gradi Celsius, sufficienti per innalzare le temperature sulla superficie marziana e sciogliere l’acqua ghiacciata.
«Lo studio è stato pensato come test iniziale delle potenzialità dell’aerogel come materiale costruttivo su Marte», ha detto il secondo autore della studio Laura Kerber, geologa al JPL della NASA.
Kerber ha partecipato nel 2015 ad un workshop della NASA per identificare le migliori zone del Pianeta Rosso dove poter inviare astronauti. «Il luogo ideale per un avamposto marziano dovrebbe avere molta acqua e temperature moderate – ha detto la Kerber –. Marte è più calda nei pressi dell’equatore, ma la maggior parte dell’acqua ghiacciata si trova alle latitudini più elevate. La costruzione con l’aerogel di silice ci permetterebbe di create artificialmente degli ambienti caldi dove c’è disponibilità di acqua allo stato solido.»
«L’ampliamento delle regioni su Marte dove gli esseri umani potrebbero far crescere cose, aprirebbe anche nuove aree dove essi potrebbero condurre importanti ricerche scientifiche», conclude la Kerber.
L’esperimento dell’aerogel è stato ispirato dal processo di riscaldamento che crea le cosiddette “macchie scure” che segnano le calotte ghiacciate di anidride carbonica su Marte durante la stagione primaverile. Questo tipo di ghiaccio è meglio conosciuto sulla Terra come ghiaccio secco. Proprio come l’aerogel, il ghiaccio di anidride carbonica è traslucido, permettendo alla luce solare di scaldarne la superficie sottostante. Come il suolo si riscalda, il gas di anidride carbonica si accumula tra il ghiaccio e la superficie calda, causando una frattura del ghiaccio. Questo crea uno sbuffo di gas che va a colpire il terreno sotto il ghiaccio sulla sua superficie.
L’esperimento ha testato un processo simile con l’aerogel. Lo studio spiega in dettaglio come un pezzo solido o vari pezzi compressi di aerogel possano essere usati per riscaldare la superficie sottostante. I ricercatori hanno testato vari livelli di illuminazione a simulare quella prodotta durante le stagioni marziane. I risultati suggeriscono che l’aerogel potrebbe anche fornire un effetto riscaldante anche durante il rigido inverno marziano. Alle medie latitudini, le temperature invernali notturne possono raggiungere facilmente i -90 gradi Celsius.
Il passo successivo, secondo Wordsworth, è quello di portare l’esperimento fuori dal laboratorio e testarlo in ambienti simili a quelli marziani, come ad esempio il Deserto di Atacama nel Cile oppure le Valli secche McMurdo in Antartide. Come su Marte, questi luoghi raggiungono temperature sotto lo zero e presentano un ambiente eccezionalmente secco.
«Secondo le nostre previsioni, la copertura in aerogel dovrebbe fornire un riscaldamento più efficiente con l’aumentare delle dimensioni – ha detto Wordsworth –. Sarebbe importante poterlo verificare sul campo in condizioni reali.»
Mentre l’esperimento è stato un incoraggiante verifica teorica, Wordsworth ha fatto sapere che ci sono ancora importanti sfide ingegneristiche da affrontare. In base al modello climatico prodotto con l’esperimento, ci vorrebbe una grande quantità di aerogel ed almeno due anni marziani (o quattro anni terrestri) di riscaldamento per creare una regione permanente con acqua liquida nel sottosuolo. Sebbene l’aerogel sia molte volte più leggero dell’aria, costruire strutture con tetti fatti di questo materiale richiederebbe grosse quantità di aerogel da trasportare su Marte, oppure in qualche modo la realizzazione di tale materiale direttamente sul posto.
L’aerogel di silice è molto poroso e fragile. La sovrapposizione in strati con un altro materiale traslucido, o la combinazione di esso con altri materiali flessibili, potrebbe prevenire eventuali rotture. Ciò incrementerebbe la pressione dell’aria sotto una struttura realizzata con un tetto o cupola in aerogel, permettendo all’acqua allo stato liquido di raggiungere più facilmente la superficie, invece di vaporizzarsi nella sottile atmosfera marziana.
Gli autori della ricerca fanno anche notare che lo sviluppo di piccole zone abitabili su Marte è più fattibile che tentare di “terraformare” il pianeta, come alcuni scrittori di fiction scientifiche avevano proprosto in passato. Uno studio della NASA dell’anno scorso ha alimentato la speranza di poter inspessire a sufficienza l’atmosfera marziana in modo da creare un effetto serra come quello sperimentato sulla Terra.
«Qualsiasi cosa che possa aiutare a rendere l’abitabilità a lungo termine una cosa fattibile, è senz’altro entusiasmante da considerare», ha concluso Wordsworth.
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