Perseverance misura la polvere marziana ultrafine e offre indizi per scegliere i materiali protettivi

La NASA riferisce che il rover Perseverance ha misurato particelle fini e ultrafini di polvere marziana aderenti a campioni di materiali per tute spaziali che trasporta a bordo. Le osservazioni si sono estese per più di 1.645 giorni marziani. Secondo l’agenzia, si tratta delle prime misurazioni in situ su Marte di particelle appartenenti a queste categorie dimensionali e potrebbero fornire informazioni utili alla progettazione di tute e habitat, alla rimozione della polvere e alle future norme sanitarie per le missioni umane. Il lavoro è stato annunciato per la pubblicazione il 27 ottobre su Proceedings of the National Academy of Sciences; l’estratto disponibile non include l’articolo scientifico completo né i risultati dettagliati. NASA

Misurare la polvere sui materiali delle tute

Perseverance trasporta cinque campioni di materiali per tute spaziali, ciascuno quadrato e di 20 millimetri per lato, come parte di un obiettivo di calibrazione dello strumento SHERLOC. I campioni sono stati inviati su Marte per studiare la resistenza dei materiali sulla superficie. Il team ha esaminato anche campioni di Teflon e Vectran collocati su quell’obiettivo. Un altro strumento, PIXL, ha misurato la polvere sui campioni di Teflon e vetro basaltico del proprio obiettivo di calibrazione.

La disposizione dei materiali aiuta a capire da dove provengano alcuni dei segnali misurati. Poiché PIXL non è in grado di rilevare direttamente gli elementi che compongono il Teflon, qualsiasi segnale elementare rilevato dallo spettrometro a raggi X su quel campione proviene dalla polvere depositata sulla sua superficie, secondo il testo della NASA. Gli strumenti, tuttavia, hanno analizzato la polvere aderente a superfici specifiche: l’estratto non descrive un campionamento dell’aria marziana né una misurazione dell’esposizione delle persone.

PIXL ha rilevato due categorie più piccole rispetto a quelle risolte dalle precedenti misurazioni su Marte, che arrivavano a particelle di circa 3 micrometri di diametro. Le particelle fini misurano meno di 2,5 micrometri; quelle ultrafini circa 100 nanometri. La NASA confronta queste dimensioni con la larghezza approssimativa di un capello umano, circa 70 micrometri. Sull’obiettivo in Teflon di PIXL e sul campione di Vectran di SHERLOC, le particelle avevano una dimensione media di circa 2 micrometri. Sul vetro basaltico di PIXL e sul Teflon di SHERLOC, le dimensioni arrivavano a circa 100–300 nanometri. NASA

Cosa suggeriscono le differenze tra i materiali

I risultati indicano che non tutti i materiali trattengono la stessa quantità o le stesse dimensioni di polvere. La NASA osserva che l’elettricità statica sembra influire sulle particelle che aderiscono a ciascuna superficie: i granelli si caricano quando entrano in collisione con altre particelle e materiali diversi dell’obiettivo attirano particelle di dimensioni diverse. Le particelle più piccole sono rimaste aderenti nonostante anni di spostamenti e perforazioni del rover. L’estratto aggiunge che i polimeri organici come il Teflon, utilizzato negli strati esterni delle tute, raccolgono facilmente la polvere fine.

Per la chimica dei materiali, l’osservazione è importante perché la scelta di una superficie o di un rivestimento può influire sulla quantità di polvere che vi rimane aderente. La NASA afferma che questi dati potrebbero orientare le future scelte di materiali e rivestimenti protettivi per tute e habitat. Cita anche soluzioni progettuali che potrebbero limitare l’ingresso della polvere nelle zone abitabili, come i suitport —che consentono di entrare in una tuta agganciata all’esterno di un habitat— e le camere di compensazione a doppia camera. Sono possibili soluzioni progettuali, non soluzioni la cui efficacia nelle missioni marziane sia dimostrata da queste misurazioni.

Il contesto generale della scienza dei materiali aiuta a comprendere perché la composizione e la struttura di una superficie possano essere rilevanti, ma non conferma in modo indipendente i risultati di Perseverance. Il Dipartimento dell’Energia descrive come motivi su scala nanometrica in film di titania abbiano modificato il trasporto elettronico e ionico in quel materiale. Si tratta di un esempio diverso, incentrato sulle proprietà elettroniche, non di una prova dell’adesione della polvere marziana né dei materiali per tute. Dipartimento dell’Energia: motivi nanometrici e proprietà dei materiali

Dalle dimensioni delle particelle al rischio per la salute

Le dimensioni sono rilevanti per valutare i possibili effetti respiratori, ma le misurazioni del rover non stabiliscono da sole i danni che la polvere potrebbe causare a un equipaggio. La NASA indica che sulla Terra le particelle sospese di dimensioni inferiori a 2,5 micrometri sono associate a diversi effetti avversi perché possono penetrare in profondità nei polmoni e raggiungere il flusso sanguigno. L’estratto segnala inoltre che alcuni studi hanno mostrato che le particelle ultrafini, di 100 nanometri o meno, possono spostarsi dalla cavità nasale al cervello attraverso il nervo olfattivo. Queste osservazioni terrestri forniscono un contesto, non una misurazione degli effetti clinici su Marte.

La polvere marziana è costituita prevalentemente da minerali silicatici e contiene composti chimicamente reattivi, tra cui perclorati, che possono alterare la funzione tiroidea, e ferro reattivo, che provoca danni cellulari, secondo la descrizione della NASA. L’agenzia indica che i rischi dipendono dalla quantità di polvere e dalla durata dell’esposizione. L’estratto non fornisce una dose di esposizione individuale, una soglia sanitaria specifica per Marte né i risultati di test che colleghino le particelle aderenti a una superficie a una malattia.

Secondo la NASA, la composizione osservata è coerente con quella ricca di ferro e zolfo misurata dalle missioni precedenti; PIXL ha inoltre rilevato un arricchimento di fosforo e segnali di solfato di calcio. Il testo descrive anche che la polvere marziana contiene più silice di quella lunare e che le tempeste possono mantenere i granelli in circolazione nell’atmosfera. Queste caratteristiche forniscono un contesto per il problema progettuale, ma non eliminano l’incertezza sull’esposizione umana.

Portata dei risultati

Le misurazioni di Perseverance possono aiutare a formulare domande ingegneristiche concrete: quali materiali trattengono le particelle più piccole, come proteggere le superfici e come ridurre il trasferimento della polvere negli spazi abitabili. La NASA colloca inoltre questo lavoro nel quadro dei più ampi preparativi per l’esplorazione umana. Tuttavia, l’annuncio non equivale a una valutazione completa della sicurezza né dimostra che un materiale o una struttura di habitat siano già adatti a Marte.

Una risorsa del Dipartimento dell’Energia spiega che la nanoscienza studia la materia a dimensioni di circa 1 a 100 nanometri, nelle quali possono manifestarsi fenomeni caratteristici delle piccole scale. Serve a inquadrare le dimensioni delle particelle ultrafini riportate, non a verificare le misurazioni né a trarre conclusioni sulle loro interazioni con il corpo umano. Dipartimento dell’Energia: nanoscienza

Per ora, il valore pratico di questi dati consiste nel fornire misurazioni dirette della polvere aderente a campioni di materiali sulla superficie marziana. Per trasformarli in criteri di protezione serviranno dati che mettano in relazione particelle, materiali, condizioni di esposizione e salute degli equipaggi; l’estratto della NASA non specifica né convalida tali criteri.