ExoMars osserva un singolare bagliore verde sul Pianeta Rosso

Sulla Terra, ossigeno luminoso è prodotto durante le aurore boreali quando elettroni attivi nello spazio interplanetario colpiscono l'atmosfera superiore. Questa emissione di luce prodotta dall'ossigeno conferisce all'aurora boreale le sue belle e caratteristiche sfumature verdi.

L'aurora, tuttavia, è solo uno dei modi in cui l'atmosfera planetaria si illumina. L'atmosfera dei pianeti, compresa la Terra e Marte, si illuminano costantemente di giorno e di notte quando la luce del sole interagisce con atomi e molecole all’interno dell'atmosfera. Bagliori diurni e notturni sono causati da meccanismi leggermente diversi: le luci notturne si verificano quando molecole che si erano separate si ricompongono, mentre i bagliori diurni si formano quando la luce del Sole eccita direttamente atomi e molecole come per esempio nitrogeno e ossigeno.

Sulla Terra, il bagliore verde notturno è piuttosto debole, di conseguenza si vede meglio se osservato da una prospettiva 'vantaggiosa' – come ritratto in molte spettacolari immagini acquisite dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questa debolezza può essere un ostacolo quando si cerca il bagliore intorno ad altri pianeti, perché le loro brillanti superfici possono soffocarlo .

Questo bagliore verde adesso è stato rilevato per la prima volta su Marte da TGO (Trace Gas Orbiter) di Exomars, che da ottobre 2016 orbita intorno al Pianeta Rosso.

"Una delle emissioni più luminose viste sulla Terra deriva dal bagliore notturno. Più precisamente, da atomi di ossigeno che emanano una particolare lunghezza d'onda della luce che non è mai stata osservata intorno a nessun altro pianeta", commenta Jean-Claude Gérard dell'Università di Liegi, in Belgio, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy.

"Tuttavia, l'esistenza su Marte di questa emissione era stata prevista già da 40 anni – e, grazie a TGO, l'abbiamo trovata".

Gérard e colleghi hanno potuto individuare questa emissione utilizzando una speciale modalità di osservazione di TGO. Una delle serie di strumenti all'avanguardia, conosciuta come NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) e comprendente lo spettrometro ultravioletto e visibile (UVIS), può osservare in varie configurazioni, una delle quali posiziona i propri strumenti così da puntare direttamente in basso alla superficie marziana – noto anche come canale 'nadir'.

"Precedenti osservazioni non avevano catturato alcun tipo di bagliore verde su Marte, abbiamo quindi deciso di orientare di nuovo il canale nadir UVIS per farlo puntare al 'bordo' di Marte, similmente alla prospettiva che si vede nelle immagini della Terra prese dalla ISS", aggiunge la co-autrice Anne Carine Vandaele dell'Istituto Reale di Aeronomia Spaziale del Belgio, e Ricercatrice Principale di NOMAD.

Tra il 24 aprile e il primo dicembre 2019 Jean-Claude, Ann Carine e colleghi hanno utilizzato NOMAD-UVIS per esaminare le altezze da 20 a 400 km sopra alla superficie marziana, due volte per orbita. Quando hanno analizzato questi set di dati, hanno trovato le emissioni verdi di ossigeno in uno dei set.

"L'emissione era più forte ad un'altitudine di 80 km e variava a seconda della diversa distanza tra Marte e il Sole", aggiunge Ann Carine.

Studiare il bagliore delle atmosfere planetarie può fornire molte informazioni utili sulla composizione e la dinamica di un'atmosfera, e rivelare come l'energia viene depositata dalla luce del Sole e dal vento solare – il flusso di particelle cariche emanate dalla nostra stella.

Per meglio comprendere questo bagliore verde su Marte, e confrontarlo con ciò che vediamo attorno al nostro pianeta, Jean-Claude e colleghi hanno scavato più a fondo su come si è formato.

"Abbiamo modellato questa emissione e scoperto che è prodotta principalmente come anidride carbonica, o CO2, è suddivisa nelle sue parti costituenti: monossido di carbonio e ossigeno", continua Jean-Claude. 'Abbiamo visto i risultanti atomi di ossigeno illuminarsi sia alla luce visibile che a quella ultravioletta".

Il confronto contemporaneo di questi due tipi di emissione ha mostrato che l'emissione visibile era 16,5 volte più intensa che l'ultravioletto.

"Le osservazioni fatte su Marte combaciano con precedenti modelli teoretici ma non con gli attuali bagliori che abbiamo scoperto intorno alla Terra, dove l'emissione visibile è molto più debole", aggiunge Jean-Claude. "Questo suggerisce che abbiamo ancora da imparare su come gli atomi di ossigeno si comportano, cosa che è enormemente importante per la nostra conoscenza della fisica atomica e quantistica".

Questa conoscenza è la chiave per caratterizzare atmosfere planetarie e fenomeni correlati – come per esempio le aurore. Decifrando la struttura e il comportamento di questo strato verde luminoso dell'atmosfera di Marte,  gli scienziati possono acquisire informazioni su una serie di altitudini che sono rimaste largamente inesplorate, e monitorare come cambia quando l'attività del Sole varia e Marte viaggia lungo la sua orbita intorno alla nostra stella.

"È la prima volta che questa importante emissione è stata osservata intorno ad un altro pianeta oltre la Terra, e segna la prima pubblicazione scientifica basata su osservazioni dal canale UVIS dello strumento NOMAD a bordo di ExoMars TGO', fa notare Håkan Svedhem, Scienziato di Progetto di TGO dell'ESA.

"Dimostra la straordinariamente alta sensibilità e la qualità ottica dello strumento NOMAD. Ciò è specialmente vero considerando che questo studio ha esplorato la parte diurna di Marte, che è molto più luminosa del lato notturno, di conseguenza rendendo ancora più difficile individuare questa debole emissione".

Comprendere le proprietà dell'atmosfera di Marte non è interessante solo dal punto di vista scientifico, ma è anche la chiave per operare le missioni che inviamo sul Pianeta Rosso. La densità atmosferica, per esempio, influenza direttamente la resistenza sperimentata dai satelliti in orbita e dai paracadute usati per portare le sonde sulla superficie marziana.

"Questo tipo di osservazioni da remoto, insieme alle misurazioni sul campo ad altitudini più elevate, ci aiutano a prevedere come l'atmosfera marziana risponderà ai cambiamenti stagionali e alle variazioni dell'attività solare", aggiunge Håkan. "Prevedere i cambiamenti nella densità dell'atmosfera è in particolar modo importante per le prossime missioni, compresa la missione ExoMars 2022 che manderà un rover e una piattaforma scientifica di superficie ad esplorare la superficie del Pianeta Rosso".

Maggiori informazioni

"Detection of green line emission in the dayside atmosphere of Mars from NOMAD-TGO observations" di J.-C. Gérard et al. (2020) è pubblicato su Nature Astronomy.

ExoMars è un'impresa congiunta tra l'Agenzia Spaziale Europea e Roscosmos. L'esperimento NOMAD è guidato dal Reale Istituto Belga per l'Aeronomia Spaziale (IASB-BIRA), con l'assistenza dei team di co-ricercatori principali da Spagna (IAA-CSIC), Italia (INAF-IAPS) e Regno Unito (The Open University). Questo progetto ha un finanziamento riconosciuto dal Belgian Science Policy Office, con il coordinamento finanziario e contrattuale dell'Ufficio Prodex dell'Agenzia Spaziale Europea, dello spagnolo MICINN nell'ambito del proprio Piano Nazionale, e delle agenzie spaziali del Regno Unito e Italiana.

Per maggiori informazioni contattare:

Jean-Claude Gérard
Laboratory for Planetary and Atmospheric Physics (LPAP)
Université de Liège, Belgium
Email: JC.Gerard@uliege.be

Ann Carine Vandaele
NOMAD Principal Investigator
Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique
Brussel, Belgium
Email: a-c.Vandaele@aeronomie.be

Håkan Svedhem
ESA TGO Project Scientist
ESA/ESTEC, The Netherlands
Email: H.Svedhem@esa.int

ESA Media Relations
Email: media@esa.int