Marte: un pianeta polveroso

Pubblicato Giovedì, 08 Maggio 2014 06:28

Scritto da Elisabetta Bonora

Credit: NASA / JPL /Texas A&M)

La polvere sarebbe la componente chiave e dominante dell'ambiente marziano, polvere ovunque.
Così, descrive il Pianeta Rosso un ricercatore dellla Texas A&M University che ha trascorso gran parte degli ultimi nove anni studiando i dati e le immagini inviate a Terra dai rover.

Mark Lemmon, professore di scienze atmosferiche, ha collaborato con diverse missioni, soprattutto per i Mars Exploration Rover, Spirit e Opportunity.

Secondo Lemmon, l'aerosol di polvere gioca un ruolo fondamentale nel comportamento e nell'evoluzione dell'atmosfera marziana.

L'atmosfera polverosa e le nuvole di ghiaccio hanno un effetto diretto sulla velocità del riscaldamento superficiale ed atmosferico e, a loro volta, i moti atmosferici influenzano la distribuzione della polvere stessa con un andamento non lineare.
Una diversa distribuzione nella colonna di polveri può agire anche su scala verticale nell'atmosfera e produrre, talvolta, grandi variazioni nella densità (osservate sotto forma di resistenza aerodinamica) ad altitudini diverse.

Seppur le osservazioni orbitali hanno permesso di ottenere dati globali e modelli, quelle di superficie hanno svelato verità e dati unici senza precedenti.

Spirit durante il suo soggiorno marziano, dal 2004 al 2010, ci ha restituito migliaia di immagini ma Opportunity ancora sta contribuendo ad arricchire il ricco catalogo, andando ben oltre ogni previsione.

"Spirit è durato più di sei anni, mentre Opportunity è ancora forte e a dir poco incredibile", enfatizza Lemmon.

"La loro longevità ha superato ogni e tutte le aspettative. Insieme hanno inviato a Terra più di 300.000 immagini e ci hanno dato informazioni su Marte che, semplicemente, non avremmo mai avuto senza di loro".

I rover hanno restituito molte foto del terreno marziano ma anche molti dati climatici che mostrano cieli polverosi e stagioni di tempeste quando Marte è più vicino al Sole, anche nelle zone tropicali del pianeta visitate dai rover e, temperature molto rigide quando è più lontano.

La missione MER era iniziata alla fine dell'anno marziano 26, usando la convenzione Clancy et al. (2000) che stabilisce che l'anno marziano 1, MY (Mars Year) 1, inizia con l'equinozio di primavera nell'emisfero settentrionale del 11 Aprile 1955.
In questo studio Lemmon prende in esame tutto il set di dati dall'inizio missione fino alla fine del MY 31 (31 luglio 2013, equinozio di primavera nell'emisfero settentrionale).

L'equinozio di primavera nell'emisfero settentrionale di Marte coincide con la Longitudine Solare Ls=0, dove Ls misura l'angolo Marte-Sole.
Ls=90 corrisponde perciò al solstizio d'estate, Ls=180 segna l'equinozio d'autunno e Ls=270 il solstizio d'inverno (perielio), sempre per l'emisfero settentrionale.

Credit: http://www-mars.lmd.jussieu.fr/mars/time/solar_longitude.html

Un anno marziano dura 668,6 sol, dove il sol è un giorno solare marziano, lungo 24 ore e 40 minuti terrestri.
I mesi marziani abbracciano 30 gradi di Longitudine Solare e perciò, variano da tra i 46 e i 67 sol, definendo le stagioni.

La tabella qui sotto riassume lo schema per l'emisfero nord del pianeta.

Credit: http://www-mars.lmd.jussieu.fr/mars/time/solar_longitude.html

L'immagine seguente mostra, invece, l'andamento stagionale del moto del Sole, visto dal pianeta, analemma, incorniciato in un panorama di Opportunity ripreso tra il sol 1332 e il sol 1379 (23 ottobre - 11 dicembre 2007), nei pressi del cratere Victoria. Il cielo, invece, rispecchia colori e dati acquisiti durante il sol 738 (10 febbraio 2006).

L'analemma marziano, a causa dell'orbita e dell'inclinazione dell'asse di rotazione del pianeta, assomiglia ad una lacrima a differenza di quello terrestre che ha una forma geomtrica ad "8". La punta della lacrima corrisponde all'afelio, la parte opposta, con una curva più morbida, corrisponde al perielio.
In questa composizione è formato da 219 immagini del Sole, ripreso alle 11:02 ora locale, ogni tre sol dall'880 al 1549 (16 luglio 2006 - 2 giugno 2008).
In questo analemma marziano si notano due interruzioni: sul lato sinistro quando un'immagine non fu acquisita per esigenze tecniche e, in basso a destra, quando un'enorme tempesta di polvere bloccò il Sole per diversi sol.

Credit: NASA / JPL / Cornell / ASU / Texas A&M

Le temperature notturne possono raggiungere i -90 gradi Celsius e di inverno, l'energia solare è poca.

"I rover usano il Sole per tenere traccia della polvere", spiega Lemmon.
"Mentre i livelli di polvere salgono e scendono, la luminosità del Sole varia nelle immagini.
Durante le tempeste, il Sole può diventare piuttosto debole e solo una piccola percentuale della sua luminosità è visibile con il bel tempo".

I rover dipendevano e dipendono, quindi, dall'energia solare che passa attraverso l'atmosfera marziana.
Spirit, ad esempio, smise di comunicare proprio durante l'inverno marziano del 2010, quando i suoi pannelli solari erano stati ricoperti da uno strato consistente di polvere.
Una tempesta di polvere, invece, interruppe le comunicazioni con la Terra per diversi giorni nel 2007.

Per questo motivo, i livelli di polvere sui pannelli solari vengono controllati ogni sol alle ore 11 e "quando lo facciamo, possiamo vedere l'andamento stagionale del moto del Sole, che si chiama un analemma. L'analemma sulla Terra rispecchia l'inclinazione assiale del nostro pianeta che ci dà le quattro stagioni e si presenta a forma di 8 ma su Marte sembra una lacrima", spiega Lemmon.

Il ricercatore ha elaborato, calibrato ed analizzato le immagini della PanCam inviate dai MER, con i filtri L8 440 nm, per la PanCam sinistra e R8 880 nm per la PanCam destra che sono i filtri solari (osservazioni analoghe erano state effettuate dai Viking a 670 nm e dal Pathfinder a 440, 670, 880 e 990 nm).

Lemmon racconta però che, anche se Marte è conosciuto come il Pianeta Rosso, i rover hanno mostrato le immagini di un tipico tramonto marziano che di solito è più tendente al blu. 
"Sappiamo che i tramonti marziani tendono al blu dal 1970, ma le immagini più recenti ne mostrano vividamente i colori" Lemmon, aggiunge.
"La combinazione di particelle di polvere e le condizioni atmosferiche su Marte rilasciano alcuni colori inusuali per il paineta al tramonto, ma senza arrivare agli spettacolari tramonti a cui siamo abituati sulla Terra."

La ricerca di Lemmon è stata pubblicata sulla rivista Icarus.

Dust aerosol, clouds, and the atmospheric optical depth record over 5 Mars years of the Mars Exploration Rover mission (Abstract)

Dust aerosol plays a fundamental role in the behavior and evolution of the martian atmosphere. The first five Mars years of Mars Exploration Rover data provide an unprecedented record of the dust load at two sites. This record is useful for characterization of the atmosphere at the sites and as ground truth for orbital observations. Atmospheric extinction optical depths have been derived from solar images after calibration and correction for time-varying dust that has accumulated on the camera windows. The record includes local, regional, and globally extensive dust storms. Comparison with contemporaneous thermal infrared data suggests significant variation in the size of the dust aerosols, with a 1 μm effective radius during northern summer and a 2 μm effective radius at the onset of a dust lifting event. The solar longitude (LS) 20–136° period is also characterized by the presence of cirriform clouds at the Opportunity site, especially near LS = 50° and 115°. In addition to water ice clouds, a water ice haze may also be present, and carbon dioxide clouds may be present early in the season. Variations in dust opacity are important to the energy balance of each site, and work with seasonal variations in insolation to control dust devil frequency at the Spirit site.

In apertura:
nove immagini dal NavCam del Mars Rover Opportunity mostrano i diversi tipi di nuvole osservate nel corso degli inverni marziani dei primi nove anni della missione.
I cirri appaiono in genere in condizioni atmosferiche moderatamente polverose.
La maggior parte o tutte sono composte di acqua ghiacciata.