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ExoMars: rilevato un bagliore verde nell'atmosfera di Marte

16 giugno 2020
Il Trace Gas orbiter ExoMars dell'ESA ha rilevato ossigeno verde brillante nell'atmosfera di Marte ed è la prima volta che questo tipo emissione viene visto su un pianeta diverso dalla Terra.

Sulla Terra l'ossigeno luminoso viene prodotto durante le aurore polari quando gli elettroni energetici provenienti dallo spazio interplanetario colpiscono l'atmosfera superiore. Questa emissione di luce causata dall'ossigeno conferisce alle aurore polari la loro meravigliosa e caratteristica tonalità verde.
L'aurora tuttavia, è solo uno dei modi in cui si possono illuminare le atmosfere planetarie. Le atmosfere dei pianeti, tra cui Terra e Marte, brillano costantemente sia di giorno che di notte mentre la luce solare interagisce con atomi e molecole all'interno dell'atmosfera. Questo bagliore diurno o notturno è causato da meccanismi leggermente diversi: il bagliore notturno si verifica quando le molecole spezzate si ricombinano, mentre il bagliore diurno sorge 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 è meglio vederlo da una prospettiva "all'avanguardia", come rappresentato in molte immagini spettacolari scattate dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Ma questa debolezza può essere un problema quando si cerca questo bagliore intorno ad altri pianeti, poiché le loro superfici luminose possono mitigarla.
Questo bagliore verde è stato ora rilevato per la prima volta su Marte grazie all'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), che orbita attorno a Marte da ottobre 2016.
"Una delle emissioni più luminose viste sulla Terra deriva dal bagliore notturno. Più specificamente, dagli atomi di ossigeno che emettono una particolare lunghezza d'onda della luce che non è mai stata vista su altri pianeti , afferma Jean-Claude Gérard dell'Università di Liegi, in Belgio, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy.
"Tuttavia, è da circa 40 anni che si era predetto potesse esistere una simile emissione anche su Marte e oggi, grazie al TGO, l'abbiamo trovata."
Jean-Claude e colleghi sono stati in grado di individuare questa 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) e comprendente lo spettrometro ultravioletto e visibile (UVIS), può osservare in varie configurazioni, una delle quali posiziona i suoi strumenti per puntare direttamente verso la superficie marziana - nota anche come canale "nadir".
"Le precedenti osservazioni non avevano catturato alcun tipo di bagliore verde su Marte, quindi abbiamo deciso di riorientare il canale UVA del nadir per indicare il" bordo "di Marte, in modo simile alla prospettiva che vedi nelle immagini della Terra prese dalla ISS" aggiunge la coautrice Ann Carine Vandaele dell'Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, Belgio, e Principal Investigator del NOMAD.
Tra il 24 aprile e il 1 ° dicembre 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colleghi hanno usato NOMAD-UVIS per scansionare altitudini che vanno da 20 a 400 chilometri dalla superficie marziana due volte per ogni orbita. Quando hanno analizzato i dati, hanno trovato l'emissione di ossigeno verde presente in tutti i set.
"L'emissione è stata più forte ad un'altitudine di circa 80 chilometri e cambiava a seconda della variazione della distanza tra Marte e il Sole", aggiunge Ann Carine.
Studiare i bagliori delle atmosfere planetarie può fornire una grande quantità di informazioni sulla composizione e la dinamica delle stesse e rivelare come l'energia venga depositata sia dalla luce del Sole che dal vento solare - il flusso di particelle cariche emanate dalla nostra stella. Per comprendere meglio questo bagliore verde di Marte e confrontarlo con ciò che vediamo intorno al nostro pianeta, Jean-Claude e colleghi hanno approfondito il modo in cui si è formato.
"Abbiamo modellato questa emissione e scoperto che è principalmente prodotto come biossido di carbonio, o CO2, e suddiviso nelle sue parti costituenti: monossido di carbonio e ossigeno", afferma 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 dell'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 viene modificato quando l'attività del Sole varia e Marte viaggia lungo la sua orbita attorno alla nostra stella.
"E' la prima volta che questa importante emissione è stata osservata intorno a un altro pianeta oltre alla Terra e segna la prima pubblicazione scientifica basata sulle osservazioni del canale UVIS dello strumento NOMAD sull'orbiter ExoMars", sottolinea Håkan Svedhem, TGO dell'ESA Scienziato del progetto.
"Questo dimostra la sensibilità e la qualità ottica straordinariamente elevate dello strumento NOMAD dato che questo studio ha esplorato il lato illuminato di Marte, che è molto più brillante di quello notturno, rendendo così ancora più difficile individuare questa debole emissione."
Comprendere le proprietà dell'atmosfera di Marte non è solo interessante scientificamente, ma è anche la chiave per svolgere le missioni che vengono inviate 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."

fonti: ESA

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