Perché la polvere marziana si solleva in modo così strano? La risposta è in un tunnel del vento in Danimarca.

Per arrivare su Martedalla Terra ci vogliono circa sei mesi, ma ai ricercatori dell’Università di Århus in Danimarca bastano pochi secondi, giusto il tempo di guardare attraverso l’oblò di un tunnel del vento.

Il tunnel del vento installato presso il Mars Simulation Laboratory (Marslab) ricorda nella forma l’arma laser impiegata da James Bond in alcuni film di antica memoria. La sua fama, però, consiste nel fatto di essere l’unico al mondo in grado di mantenere particelle di polvere simili a quelle presenti su Marte in circolazione costante ad una velocità del vento compresa tra 5 e 10 metri al secondo.

Un gruppo interdisciplinare di studiosi, composto da biologi, chimici, geologi e fisici, ha dato vita al Marslab con l’intento di approfondire la conoscenza del Pianeta rosso. Il poster di Marte affisso sulla porta che immette al laboratorio fa capire immediatamente dove ci troviamo, come ci dice, sorridendo, Jon Merrison, fisico ricercatore a capo del laboratorio. Appena entrati, indica il sottile strato di polvere rossastra che ricopre il pavimento e dice che, anche questo, è un segno inequivocabile.

La polvere sembra ricoprire tutte le superfici all’interno del laboratorio, che assomiglia a un’officina a bordo della Starship Enterprise: tubi, bobine, aggeggi luccicanti, lamine ondulate isolanti e attrezzi vari giacciono in ordine sparso lungo i tavoli di lavoro.

La polvere marziana è un vero enigma per i ricercatori, i quali sperano che scoprendone le proprietà si possa fare luce anche sugli altri misteri che ancora circondano questo pianeta, in particolare se c’è vita e se, agli albori, il pianeta si presentava come la Terra.

 

Una cosa è certa,questa polvere si deposita ovunque e rappresenta il rischio ambientale più serio delle spedizioni su Marte. Tutto ciò che raggiunge la superficie del pianeta viene immediatamente ricoperto da questa sostanza polverosa, magnetica ed elettrostatica che provoca danni di natura meccanica, chimica, ottica ed elettrica e mette a repentaglio il funzionamento delle apparecchiature.

“Per rendere possibili le spedizioni di uomini, si deve riuscire a isolare il loro habitat da questa polvere perché, una volta depositata, non si riesce più a liberarsene, è terribilmente appiccicosa e nociva per i polmoni”, spiega Merrison.

Gli studiosi del Marslab hanno scoperto che un sedimento presente in un bosco nelle vicinanze risulta avere una composizione analoga a quella della polvere marziana, ossia essenzialmente idrossido di ferro. Merrison mostra una ciotola contenente la sostanza raccolta, che è simile alla polvere di cacao.

“Ci serve come riferimento”, argomenta. “Quella che impiegano alla NASA è di natura diversa, viene raccolta alla sommità di un vulcano alle Hawaii ed ha un colore più simile alla polvere marziana. Questa, però, è più fine e presenta caratteristiche magnetiche e dimensionali più vicine a quelle originali”.

La polvere marziana si muove nell‘aria in modo strano. “C‘è una dimensione ottimale secondo cui le particelle di polvere cominciano a muoversi nell‘aria e dovrebbe essere la stessa che sulla Terra” dichiara Merrison. “La dimensione è di 100 micron, un granello di sabbia. La polvere marziana è molto più fine, un solo micron. Uno scopo della ricerca è di sapere in che modo viene facilmente prelevata dal vento”.

Il tunnel del vento si presenta a forma di siluro e domina l’intero laboratorio. Il suo scopo è simulare indefinitamente il ricircolo dell‘aria marziana, costituita essenzialmente da anidride carbonica sottoposta a una pressione pari all’1% della pressione terrestre (vedere il riquadro “Progetto migliorato”).

“Oltre a noi, solo la NASA possiede un tunnel del vento per la simulazione dell’atmosfera su Marte”, esclama Merrison. “La nostra, però, riproduce velocità del vento molto basse permettendoci di osservare fenomeni diversi. Mantenendo la stessa polvere nei vari esperimenti, abbiamo la possibilità di studiare la variazione delle caratteristiche”.

Con questi esperimenti i ricercatori del Marslab sono molto vicini a capire il comportamento della polvere marziana. In virtù delle proprietà magnetiche ed elettrostatiche, piccoli granelli si attraggono a vicenda dando vita ad agglomerati simili alla sabbia, ma più leggeri, i quali vengono trasportati dal vento. Quando rimbalzano o urtano contro una superficie si disgregano nuovamente.

Ultimamente Merrison e colleghi si sono dedicati alla progettazione di vari sensori anenometrici che, si spera, possano trovare impiego nelle prossime missioni su Marte, obiettivo per eccellenza del Marslab.

“Gli anemometri di tipo tradizionale funzionano bene alla pressione terrestre, ma le condizioni di bassa pressione, oltre alle forti variazioni di temperatura, presenti su Marte li rendono inaffidabili”.

Si accinge a svitare numerosi bulloni lungo la circonferenza del tunnel del vento e libera l’involucro esterno, che scorre via facilmente mostrando il cilindro interno ricoperto di polvere rossastra, oltre a due sottili bobine di filo sormontate da piccoli tamponi di carta. Questo strumento manuale, quasi primitivo nella sua semplicità– essenzialmente una sfera su una molla – può essere fotografato dai moduli di esplorazione “Mars Rover” per rivelare la forza del vento.

 

Come sottolinea Merrison,”Le cose devono essere semplici, quasi tutte le idee geniali si basano su principi semplici. I moduli di esplorazione non dispongono di molto spazio e non si possono prevedere elementi aggiuntivi a meno che pesino pochissimo, altrimenti si rischia di mettere a repentaglio l’intera missione”.

Mostra alcuni prototipi di indicatori “Telltale”, costituiti da una lamina e da molle, la cui realizzazione non ha richiesto che alcuni minuti.

Il Marslab si augura di poter montare i propri sensori Telltale a bordo del veicolo spaziale della NASA il cui lancio è previsto nel 2007. Per la prossima missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), nel 2011, il Marslab sta lavorando ad un nuovo e più sofisticato anemometro, seppure ancora sorprendentemente semplice, che si basa sull’emissione di tre raggi laser in grado di misurare la velocità e la direzione del vento, rilevando la polvere e la relativa carica elettrica. Sul quarto prototipo, gli scienziati del Marslab possono apportare le modifiche in laboratorio e vedere immediatamente i risultati.

“Il vantaggio di avere a disposizione un tunnel del vento consiste nel poter sperimentare immediatamente un’idea e quindi andare oltre”, conclude Merrison.

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Progetto migliorato

Il tunnel del vento Marslab consiste essenzialmente in un cilindro interno cavo munito di una ventola ad un’estremità, inserito in un involucro esterno con estremità concave. Azionando la ventola si immette un flusso d’aria nel cilindro interno, il quale rimbalza sulla parete di fondo e fuoriesce dal cilindro per essere nuovamente aspirato dalla ventola.

L’apparato non deve interferire in alcun modo con la polvere ultra sottile, magnetica ed elettrostatica e deve altresì essere in grado di reggere un’atmosfera interna che viene sottoposta a riscaldamento e a raffreddamento in tempi molto rapidi. La prima versione del 1999 aveva dato alcuni problemi.

Quindi, nel 2003, si è passati ad una nuova realizzazione per la quale la SKF ha fornito i cuscinetti radiali a sfere interamente in ceramica del tipo 6206 HC4. Tali cuscinetti, montati su anelli, hanno permesso di migliorare complessivamente il progetto, oltre a permettere velocità del vento più elevate. Secondo Jon Merrison del Marslab, “questi cuscinetti hanno fatto una grossa differenza”.

Il prossimo obiettivo è creare un tunnel del vento più grande, che offra un maggiore controllo del flusso, e che sia in grado di contenere un laboratorio planetario per poter sperimentare gli effetti della polvere marziana.