L’ExoMars Trace Gas Orbiter ha rilevato ossigeno verde brillante nell’atmosfera di Marte, la prima osservazione di questa emissione in un pianeta diverso dalla Terra

Sulla Terra, l’ossigeno incandescente viene prodotto durante le aurore polari quando gli 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. Ora ExoMars ci ha svelato qualcosa di simile sul pianeta rosso.

Bagliore verde
Rappresentazione artistica del bagliore verde e di ExoMars Trace Gas Orbiter. Credit: ESA

L’aurora, tuttavia, è solo uno dei modi 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. 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 è visibile quando la luce del Sole eccita direttamente atomi e molecole come azoto e ossigeno.

Aurora
Aurora polare. Credit: NASA

La Stazione Spaziale Internazionale

Il bagliore notturno verde sul nostro pianeta è piuttosto debole ed è possibile apprezzarlo in molte immagini spettacolari scattate dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questo bagliore verde è stato ora rilevato per la prima volta su Marte dall’ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), che orbita su Marte da ottobre 2016.

Bagliore osservato dalla Stazione Spaziale Internazionale. Credit: ESA

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 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.”

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 nelle immagini della Terra riprese dalla ISS” aggiunge la coautrice Ann Carine Vandaele dell’Institut Royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique, Belgio, e Principal Investigator del NOMAD.

ExoMars Trace Gas Orbiter. Credit: ESA

ExoMars ha studiato l’atmosfera di Marte

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 orbita. Quando hanno analizzato questi set di dati, hanno trovato l’emissione di ossigeno 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.

Osservazione e modello dell’emissione di luce verde su Marte. Credit: ESA

Lo studio delle atmosfere planetarie

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. 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 suddiviso nelle sue parti costitutive: monossido di carbonio e ossigeno“, afferma Jean-Claude. “Abbiamo visto gli atomi di ossigeno risultare brillanti 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.

Emissione di ossigeno nelle osservazioni da parte di ExoMars Trace Gas Orbiter. Credit: ESA

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 sono di estrema importanza per la nostra comprensione della fisica atomica e quantistica.”

Importante anche per le missioni future

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.

Spirit sunset
Tramonto marziano ripreso dal rover Spirit all’interno del cratere Gusev (maggio 2005). Credit: NASA/JPL

Studiare le proprietà dell’atmosfera di Marte non è solo interessante scientificamente, ma è anche la chiave per le missioni che invieremo sul Pianeta Rosso. La densità atmosferica, ad esempio, influenza direttamente la resistenza sperimentata dall’orbita dei satelliti e dei paracadute utilizzati per inviare sonde sulla superficie marziana.

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