Sulla Terra, l’ossigeno incandescente viene prodotto durante le aurore polari quando elettroni energetici provenienti dallo spazio interplanetario colpiscono l’atmosfera superiore. Questa emissione di luce guidata dall’ossigeno conferisce alle aurore polari la loro meravigliosa e caratteristica tonalità verde.
L’aurora, tuttavia, è solo un modo in cui si illuminano le atmosfere planetarie. Le atmosfere dei pianeti, tra cui Terra e Marte, si illuminano costantemente sia di giorno che di notte mentre la luce solare interagisce con atomi e molecole all’interno dell’atmosfera.
Il bagliore diurno e 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.
L’alone verde di Marte: uno sguardo dallo spazio
Sulla Terra, il bagliore notturno verde è piuttosto debole, e quindi è meglio vederlo guardando da una prospettiva differente, come in molte immagini spettacolari scattate dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questa debolezza può essere un problema quando si cerca il bagliore intorno ad altri pianeti, poiché le loro superfici luminose possono annegarla.
“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 in un altro pianeta”, afferma Jean-Claude Gérard dell’Università di Liegi, in Belgio, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy.
“Tuttavia, si prevede che questa emissione esista su Marte da circa 40 anni – e, grazie a 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 – noto anche come canale ‘nadir’.
L’alone verde di Marte: informazioni sulla composizione e la dinamica di un’atmosfera
“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, e Principal Investigator del NOMAD.
Tra il 24 aprile e il 1 ° dicembre 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colleghi hanno utilizzato 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 in tutti.
“L’emissione è stata più forte ad un’altitudine di circa 80 chilometri e variava a seconda della distanza variabile tra Marte e il Sole”, aggiunge 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 viene depositata sia dalla luce del Sole che dal vento solare – il flusso di particelle cariche che emanano dalla nostra stella.
L’alone verde di Marte: la formazione dell’anello verde
Per comprendere meglio questo bagliore verde su Marte e confrontarlo con ciò che vediamo intorno al nostro pianeta, Jean-Claude e colleghi hanno approfondito il modo in cui è stato formato.
“Abbiamo modellato questa emissione e scoperto che è principalmente prodotto come biossido di carbonio, o CO2, è 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 notato 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, cosa 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 quando l’attività del Sole varia e Marte viaggia lungo la sua orbita attorno alla nostra stella.
L’alone verde di Marte: lo studio dell’atmosfera marziana
“Questa è la prima volta che questa importante emissione è mai stata osservata attorno a un altro pianeta oltre la Terra e segna la prima pubblicazione scientifica basata sulle osservazioni del canale UVIS dello strumento NOMAD sull’Orbiter per gas traccia ExoMars”, sottolinea Håkan Svedhem, TGO dell’ESA Scienziato del progetto.
“Dimostra la sensibilità e la qualità ottica straordinariamente elevate dello strumento NOMAD. Ciò è particolarmente vero dato che questo studio ha esplorato il lato diurno di Marte, che è molto più luminoso del lato 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 gestire le missioni 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 in che modo 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 il Pianeta Rosso.”
