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Correlazione tra le risonanze di Schumann e le tempeste di polvere su Marte

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L’interazione delle particelle di polvere nelle tempeste di polvere marziane può causare campi elettrici abbastanza potenti da avere cariche che inducono onde elettromagnetiche fisse note come risonanze di Sсhumann. Questa è la conclusione tratta dai fisici dell’Università HSE, dello Space Research Institute e del MIPT. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Icarus.

Marte è stato al centro di studi attivi nell’ultimo decennio, con i ricercatori che esaminano possibili missioni spaziali sul pianeta. La conoscenza dell’atmosfera marziana aumenta le possibilità che tali missioni abbiano successo. In particolare, il comportamento delle particelle di polvere e del sistema plasma-polvere sulla superficie di Marte dovrebbe essere preso in considerazione nella pianificazione dei viaggi nello spazio.

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Le risonanze di Schumann

Nel 2009, un radiotelescopio di 34 m del Deep Space Network della NASA ha registrato una radiazione a microonde non termica durante una tempesta di polvere marziana. Nello spettro di radiazione osservato, gli attributi delle risonanze di Schumann sono stati rilevati alle frequenze di 7,83 Hz, 14,1 Hz e 20,3 Hz.

I ricercatori dell’Università HSE, dello Space Research Institute e del MIPT hanno esaminato il ruolo della polvere e del plasma di polvere nell’eccitazione delle onde elettromagnetiche stazionarie a frequenza ultrabassa (sotto i 100 kHz) su Marte. Dalla metà degli anni ’50, questo fenomeno è noto come risonanze di Schumann, da Otto Schumann, uno studioso austriaco che per primo studiò le onde elettromagnetiche stazionarie in un risonatore della ionosfera terrestre.

Per le onde elettromagnetiche, la Terra e la sua ionosfera sono un enorme risonatore sferico, con la sua cavità riempita con un mezzo debolmente conduttivo. Se un’onda elettromagnetica che si evolve in questo mezzo fa il giro della Terra e risuona da sola, può esistere a lungo.

Le risonanze di Schumann sulla Terra sono presumibilmente causate da cariche di temporale nella cavità sferica tra la superficie del pianeta e gli strati inferiori della ionosfera.

“L’attività dei fulmini è correlata alla temperatura media sulla Terra”, ha affermato Sergey Popel, Professore presso la Facoltà di Fisica HSE, Capo Laboratorio presso il RAS Space Research Institute. “Le osservazioni confermano anche una correlazione tra la temperatura e le ampiezze delle risonanze di Schumann sulla Terra. Questi dati sono diventati una base per i nostri studi su fenomeni simili su Marte”.

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Gli studiosi hanno analizzato il meccanismo che assicura il caricamento di potenza nel risonatore Schumann. Si è scoperto che le scariche elettriche sono un “buon candidato”. Ma queste scariche elettriche hanno una natura diversa rispetto ai fulmini terrestri. I fulmini nella loro comprensione terrestre non sono tipici dell’atmosfera marziana in cui la polvere turbina, chiamata anche “diavolo di polvere” sono diffusi. Sono piccole tempeste di circa 100 m di diametro che durano diversi minuti. Ecco perché non ci sono analoghi alle nuvole meteorologiche terrestri nella rara e secca atmosfera marziana, ma i fenomeni di polvere svolgono un ruolo importante.

Il processo di carica delle particelle di polvere nell’atmosfera marziana ha somiglianze con i processi che avvengono nelle nuvole vulcaniche sulla Terra: due particelle costituite dallo stesso materiale si scontrano e quella più piccola riceve una carica negativa, mentre quella più grande di carica positiva. Sotto gravità, le particelle più pesanti con carica positiva si raccolgono nelle parti inferiori dei vortici di polvere, mentre le particelle più leggere con carica negativa rimangono nella parte superiore. 

Tuttavia, gli autori dell’articolo affermano che non esistono ancora prove sperimentali univoche che confermerebbero l’esistenza di scariche elettriche nell’atmosfera di Marte. I moduli orbitali che studiano Marte di solito studiano gli strati superiori dell’atmosfera, mentre lo strato inferiore rimane al di fuori della loro zona di monitoraggio. Per sapere con certezza se ci sono risonanze di Schumann su Marte, è necessario misurare i campi elettrici sulla superficie del pianeta.

“Idealmente, dovremmo misurare l’ampiezza delle oscillazioni di Schumann e capire se esiste una correlazione tra le variazioni di ampiezza delle risonanze di Schumann e le variazioni di intensità delle tempeste di polvere su Marte”, ha affermato Sergey Popel“Ma per farlo, avremmo bisogno di alcune apparecchiature altamente sensibili”.

Non sono ancora stati pianificati progetti di questo tipo, ma la seconda fase della missione ExoMars, prevista per la seconda metà del 2022, probabilmente contribuirà a questi studi.

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