Un’aurora verde per Marte

Il Gas Trace Orbiter della missione ExoMars dell’ESA ha rilevato ossigeno verde brillante nell’atmosfera di Marte. È la prima volta che questa emissione viene vista in un pianeta diverso dalla Terra.
Sulla Terra, questo effetto brillante viene prodotto durante le aurore polari quando gli elettroni energeticamente carichi provenienti dallo spazio esterno colpiscono l’atmosfera superiore. Questa emissione di luce generata dall’ossigeno conferisce alle aurore polari la loro meravigliosa e caratteristica tonalità verde.
L’aurora, tuttavia, è solo uno dei modi con cui si illuminano le atmosfere planetarie. Le atmosfere dei pianeti si illuminano costantemente sia di giorno che di notte quando la luce solare interagisce con gli atomi e le molecole dell’atmosfera. Il bagliore diurno e notturno è causato da meccanismi leggermente diversi: il bagliore notturno si verifica quando le molecole si ricombinano, mentre il bagliore diurno avviene quando la luce del sole eccita direttamente atomi e molecole come azoto e ossigeno.
Sulla Terra, il bagliore notturno verde è piuttosto debole e quindi si vede meglio dall’esterno, come ad esempio dalla Stazione Spaziale Internazionale, come mostrato in molte immagini spettacolari scattate dagli astronauti.
Questo bagliore verde è ora stato rilevato per la prima volta su Marte dall’ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO).
“Gli atomi di ossigeno in determinate condizioni emettono luce ad una particolare lunghezza d’onda che, finora, era stata vista solo sulla Terra“, afferma Jean-Claude Gérard dell’Università di Liegi, in Belgio, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy.
“Tuttavia, prevedevano da circa 40 anni che questo fenomeno potesse verificarsi su Marte e, finalmente, grazie al TGO, siamo riusciti a vederlo“.
Jean-Claude e colleghi sono stati in grado di individuare l’emissione utilizzando una modalità di osservazione speciale del TGO. Una delle avanzate suite di strumenti dell’orbiter, nota come NOMAD (Nadir e Occultation for Mars Discovery) che comprende lo ultraviolet and visible spectrometer (UVIS), che può osservare in varie configurazioni, una delle quali punta direttamente i suoi strumenti la superficie marziana.
“Le precedenti osservazioni non avevano catturato alcun tipo di bagliore verde su Marte, quindi abbiamo deciso di riorientare il canale UVA del nadir in modo che guardasse il “bordo” di Marte, in modo simile alla prospettiva usata nelle immagini della Terra prese dalla ISS” aggiunge la coautrice Ann Carine Vandaele dell’Institut Royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique, capo ricercatore dello strumento NOMAD.
Tra il 24 aprile e il 1° dicembre 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colleghi hanno usato il NOMAD-UVIS per scansionare altitudini che vanno da 20 a 400 chilometri dalla superficie marziana due volte per orbita. Quando hanno analizzato questi set di dati, hanno trovato l’emissione verde dell’ossigeno in tutte le immagini.
“L’emissione rilevata è più forte ad un’altitudine di circa 80 chilometri e varia a seconda della distanza tra Marte e il Sole“, ha aggiunto Ann Carine.
Studiare il bagliore delle atmosfere planetarie può fornire una grande quantità di informazioni sulla composizione e la dinamica di un’atmosfera e rivelare come l’energia trasportata dalla luce del Sole e dal vento solare, il flusso di particelle cariche che emanano dalla nostra stella, interagiscono con l’atmosfera planetaria.
Per comprendere meglio questo bagliore verde su Marte e confrontarlo con ciò che vediamo intorno al nostro pianeta, Jean-Claude e colleghi hanno analizzato il modo in cui si forma.
“Abbiamo modellato questa emissione e scoperto che è prodotta principalmente dal biossido di carbonio, o CO₂ , suddiviso nelle sue parti costituenti: monossido di carbonio e ossigeno“, ha spiegato Jean-Claude. “Abbiamo visto gli atomi di ossigeno risultanti brillare sia in luce visibile che ultravioletta“.
Il confronto simultaneo di questi due tipi di emissione ha mostrato che l’emissione visibile era 16,5 volte più intensa di quella all’ultravioletto.
“Le osservazioni su Marte concordano con i precedenti modelli teorici ma non con l’effettivo splendore che abbiamo individuato intorno alla Terra, dove l’emissione visibile è molto più debole“, aggiunge Jean-Claude. “Questo suggerisce che dobbiamo imparare di più su come si comportano gli atomi di ossigeno, che è estremamente importante per la nostra comprensione della fisica atomica e quantistica“.
Questa comprensione è la chiave per caratterizzare le atmosfere planetarie e i relativi fenomeni – come le aurore. Decifrando la struttura e il comportamento di questo strato luminoso verde dell’atmosfera di Marte, gli scienziati possono ottenere informazioni su un intervallo di altitudine che è rimasto in gran parte inesplorato e monitorare come cambia in funzione dell’attività del Sole e della posizione orbitale di Marte.
“Questa è la prima volta che questa importante emissione è stata osservata intorno a un altro pianeta oltre la Terra e segna la prima pubblicazione scientifica basata sulle osservazioni del canale UVIS dello strumento NOMAD sul TGO“, sottolinea Håkan Svedhem, Scienziato del progetto TGO dell’ESA.
“Dimostra la sensibilità e la qualità ottica straordinariamente elevate dello strumento NOMAD“.
Comprendere le proprietà dell’atmosfera di Marte non è solo interessante scientificamente, ma è anche importante per le missioni che inviamo sul Pianeta Rosso. La densità atmosferica, ad esempio, influenza direttamente la resistenza sperimentata dall’orbita dei satelliti e dai paracadute utilizzati per inviare sonde sulla superficie marziana.
“Questo tipo di osservazione di telerilevamento, unita a misurazioni in situ ad altitudini più elevate, ci aiuta a prevedere come l’atmosfera marziana risponderà ai cambiamenti stagionali e alle variazioni dell’attività solare“, aggiunge Håkan. “La previsione dei cambiamenti nella densità atmosferica è particolarmente importante per le prossime missioni, inclusa la missione ExoMars 2022 che invierà un rover e una piattaforma scientifica di superficie per esplorare la superficie del Pianeta Rosso“.
Fonte: Nature Astronomy