Sabato 4 Luglio 2015
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Riflessioni sulla quantità e composizione della luce marziana

Da un punto di vista strettamente matematico, la luminosità di una sorgente dipende dalla distanza che ci separa da essa. In particolare, l'intensità di una sorgente puntiforme diminuisce proporzionalmente al quadrato della distanza tra sorgente ed osservatore. Dal momento in cui Marte è in media 1,5 volte più distante dal Sole rispetto alla Terra, ne deriva che, da Marte, la luminosità del Sole è circa il 50% in meno rispetto a quella percepita sulla Terra.

Argomento strettamente connesso alla percezione dei colori, è quello della luce: ci sembra quindi opportuno soffermarci sull'analisi della radiazione solare che raggiunge il Pianeta Rosso.

L'argomento è davvero molto vasto e pertanto il presente articolo non vuole pretendere di essere un trattato esaustivo sul tema ma un punto di partenza per incentivare riflessioni ed ipotesi, confidando nella curiosità del lettore per eventuali approfondimenti.

Da un punto di vista strettamente matematico, la luminosità di una sorgente dipende dalla distanza che ci separa da essa. In particolare, l'intensità di una sorgente puntiforme diminuisce proporzionalmente al quadrato della distanza tra sorgente ed osservatore.
Dal momento in cui Marte è in media 1,5 volte più distante dal Sole rispetto alla Terra, ne deriva che, da Marte, la luminosità del Sole è circa il 50% in meno rispetto a quella percepita sulla Terra.

Tuttavia, questo ci fornisce solo un'indicazione approssimativa del livello di luminosità percepibile sul Pianeta Rosso. Bisogna, infatti, tener conto anche di altri fattori: come la capacità visiva di chi osserva; l'opacità atmosferica dovuta alle polveri in sospensione che in particolari momenti può risultare particolarmente rilevante; la predominante cromatica del pianeta oppure l'atmosfera, sicuramente meno densa rispetto a quella terrestre ma comunque importante.

E' molto probabile che su Marte il Sole sia percepito proprio come una sorgente luminosa puntiforme e la minore densità, rispetto a quella terrestre, dei gas che compongono l'atmosfera, porti ad una minore diffusione della luce: alla fine, Marte dovrebbe risultare un mondo abbastanza buio.

In condizioni quasi crepuscolari per i nostri standard, un essere umano percepisce meno variazioni cromatiche e quindi meno dettagli.

Ricordiamo, ad esempio, il caso Mars 3, orbiter e lander del programma di esplorazione spaziale dell'Unione Sovietica degli anni '70 , il primo veicolo che riuscì a toccare il suolo marziano integro.

Mars 3 atterrò sul Pianeta Rosso il 2 dicembre 1971 alle 13:50:35 UTC, iniziando regolarmente a trasmettere all'orbiter 90 secondi dopo l'atterraggio. Tuttavia, dopo solo 20 secondi, la trasmissione si interruppe per ragioni sconosciute.
La foto panoramica, ripresa con una Cycloramic Camera, che venne ricevuta a Terra fu parziale, solo 79 linee (immagine in apertura).
Nonostante gli sforzi compiuti dagli scienziati, non si è mai riusciti ad decifrare i dati ricevuti e a capire cosa essa rappresenti ma sappiamo che il livello di illuminazione rilevato era molto basso, solo 50 lux, forse a causa di una tempesta di polvere.
Giusto per avere un confronto con ciò che conosciamo, in una giornata terrestre l'illuminazione esterna può variare da 120.000 lux per condizioni di luce diretta con il Sole a mezzogiorno, a meno di 5 lux per un cielo tempestoso con Sole all'orizzonte. In particolare, abbiamo in media 40 lux per un'alba o un tramonto con cielo completamente coperto: condizioni, queste, probabilmente analoghe a quelle rilevate dalla sonda Mars 3.

Quindi, possiamo ragionevolmente dire che per rappresentare Marte in natural color, così come presumibilmente lo vedrebbe un essere umano dal vivo, non è sufficiente interporre un filtro arancione per emulare un atmosfera carica di polveri in sospensione, una predominante cromatica rosso-arancio e una percezione cromatica meno dettagliata ma sarebbe opportuno anche abbassare drasticamente la luminosità.

Il ccd dei rover è decisamente molto più sensibile ed osservando attraverso gli occhi di Spirit ed Opportunity, con una capacità visiva paragonabile a 20/20 di un occhio umano, in realtà stiamo guardando un paesaggio molto più illuminato rispetto ai nostri standard.

OPPORTUNITY SOL 2716

OPPORTUNITY SOL 2716 - L'immagine sopra non ha valenza tecnica ma ha solo scopo esplicativo.
1. Immagine realizzata dalla sovrapposizione dei filtri L2,L3,L4,L5,L6,L7
2. Fonte: http://pancam.astro.cornell.edu - sezione Images, True Colors
3. Esempio del diverso grado di luminosità percepito dai rover e dall'occhio umano

Tuttavia, ciò che da un punto di vista scientifico può risultare particolarmente rilevante è la luce, la luce come lunghezze d'onda: cercare di capire cosa arriva esattamente sul suolo marziano, quanto ne arriva e come interagisce con l'ambiente.

La radiazione solare è costituita per la maggior parte da lunghezze d'onda nello spettro del visibile ma anche da infrarossi e ultravioletti.

Sulla Terra ad esempio la luce attraversa i gas che ci circondano, subendo assorbimento, diffusione, rifrazione e riflessione e così, la sua distribuzione al suolo risulta diversa rispetto a quella rilevata subito fuori l'atmosfera.

Su Marte, i filtri della PanCam dei rover Spirit ed Opportunity lavorano su lunghezze d'onda che vanno da 980 nm ai 430 nm. Quindi, oltre al visibile, è stata posta particolare attenzione per la gamma infrarossa dello spettro. Purtroppo, però sembrano essere state completamente trascurate le lunghezze d'onda UV.

Spettro luminoso a confronto con i filtri della PanCam

Spettro luminoso a confronto con i filtri della PanCam

Le scelte sono state dettate sicuramente per favorire analisi geologiche, in quanto alcuni minerali e sostanze rispondono in modo particolare all'infrarosso. Tuttavia, considerato che su Marte gli UV dovrebbero costituire una parte importante della componente luminosa che raggiunge il pianeta, è alquanto curioso che non ne sia stato considerato lo studio, quando per altre missioni spaziali (ad esempio, la Cassini), le immagini UV sono parte integrante di indagine.

La troposfera terrestre riflette, assorbe e diffonde l'infrarosso grazie al vapore acqueo, di cui è prevalentemente composta e, alla CO2.
Su Marte, invece, l'anidride carbonica è la componente predominante anche se tracce di vapore acqueo sono state osservate già dalle missioni Viking. Inoltre, le concentrazioni di metano rilevate recentemente in alcune zone contribuisco all'assorbimento delle lunghezze d'onda nella parte rossa e infrarossa dello spettro.
Possiamo quindi supporre che la componente infrarossa della luce riesca a distribuirsi sul suolo marziano in modo abbastanza simile a quanto accade qui sulla Terra.

La stratosfera terrestre, invece, e in particolare l'ozonosfera, assorbe gran parte della radiazione ultravioletta dannosa per l'essere umano.

Sappiamo che i 4 pigmenti del Sundial sono stati irradiati con UV per un equivalente di 30 sol marziani per minimizzare qualsiasi degradazione da UV dei livelli di riflettenza e sappiamo anche, che i CCD utilizzati non contengono alcun miglioramento e rivestimento antiriflesso UV ma eventuali interferenze vengono controllate via software.

E quindi la domanda è: quanti UV arrivano sulla superficie marziana?

La radiazione ultravioletta è suddivisa in UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) e UV-C (280-100 nm).
Gli UV-A sono considerati i meno dannosi ma comunque, in generale, i raggi UV hanno effetti nocivi per l'essere umano.
La nostra atmosfera è in grado di assorbire gran parte della componente ultravioletta UV-C e UV-B.
Su Marte l'atmosfera è prevalentemente composta da anidride carbonica e la CO2 è un significativo scudo per lunghezze d'onda inferiori ai 204 nm per cui anche su Marte la componente più dannosa della radiazione UV dovrebbe risultare sufficientemente bloccata. In parte anche le polveri e la copertura nuvolosa potrebbero contribuire a formare uno scudo anti UV. Tuttavia, mancando lo strato di ozono ed essendo l'atmosfera marziana disomogenea, la quantità della radiazione UV che raggiunge la superficie potrebbe risultare comunque più rilevante rispetto a quella che colpisce la Terra.

Purtroppo, nonostante questi presupposti, finora con i Mars Exploration Rover si è scelto di non lavorare con filtri UV pass.

Tralasciando esperimenti più complessi come quelli proposti per future missioni (ad esempio, per il programma ExsoMars), se la presenza degli UV sulla superficie del pianeta rosso fosse effettivamente stata sufficientemente rilevante, questo avrebbe potuto mettere in risalto interessanti aspetti ambientali ed atmosferici, tramite la semplice fotografia. Basta pensare alle aurore ultraviolette scoperte dal Mars Global Surveyor e confermate dal Mars Express. Inoltre, le riprese in ultravioletto sarebbero state fondamentali anche per studi geologici e soprattutto biologici.

In un ambiente dove presumibilmente le lunghezze d'onda in UV costituiscono una componente importante della luce e dove queste potrebbero dal luogo a risposte ambientali differenti o a fenomeni di fluorescenza, mancano in realtà dati in merito. Forse, su Marte non arrivano UV e l'atmosfera e le condizioni ambientali riescono a bloccarli, né più né meno come sulla Terra, rendendo inutile un'indagine in tal senso? Noi crediamo sia così: crediamo che alla fine, l'atmosfera marziana, seppur molto più sottile di quella terrestre e con caratteristiche diverse, sia in grado di bloccare una buona parte della radiazione ultravioletta.

D'altra parte, anche la quantità di raggi cosmici che raggiunge la superficie del Pianeta Rosso sembra essere irrilevante: basta confrontare ancora una volta, le immagini orbitali di Marte o quelle di superficie, con le immagini della sonda Cassini.

Un'ultima considerazione.
Se su Marte il contributo della radiazione ultravioletta che raggiunge la superficie è davvero più rilevante rispetto alla Terra, non è detto che questo implichi necessariamente una sterilità planetaria.
In particolare, essendo bloccati anche su Marte gli UV-C per merito della CO2, gli UV-A e gli UV-B consentono sicuramente lo sviluppo di forme di vita. Sulla Terra, ad esempio, i rettili sono in grado di vedere lo spettro UV-A e per alcuni sono indispensabili gli UV-B per sintetizzare vitamine fondamentali per la crescita. Quindi, come più volte abbiamo sostenuto, anche se l'ambiente marziano può sembrare più estremo del nostro, può sostenere la vita che è in grado di adattarsi, con mutazioni e semplici escamotage: magari alcune curiose rocce che tanto assomigliano a gusci vuoti altro non sono che un riparo per forme di vita autoctone.

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