L’atmosfera “pesante” di Marte: MAVEN rivela ioni metallici
La sonda spaziale MAVEN della NASA ha osservato per due anni l’atmosfera di Marte e ha scoperto un'alta concentrazione di ioni metallici. Un'atmosfera "pesante" che può rivelare molto sulle dinamiche della ionosfera dei pianeti solari.
SCOPERTE – Nella rarefatta atmosfera di Marte ci sono presenze “pesanti”. Un nuovo studio dalle osservazioni della sonda spaziale MAVEN della NASA ha individuato la presenza nella ionosfera, la parte più alta della sua atmosfera, di un’alta concentrazione di ioni metallici di ferro, magnesio e sodio. Questi ioni potrebbero essere il risultato dell’interazione nell’atmosfera di piccoli meteoriti con atomi e molecole elettricamente cariche, che si vaporizzano entrando ad alta velocità e ionizzano gli elementi più pesanti. L’obiettivo del gruppo di ricercatori guidato da Joseph Grebowsky del Goddard Space Flight Center della NASA è quello di studiare la composizione dell’atmosfera marziana e di capire come il pianeta rosso si sia trasformato da un luogo potenzialmente ospitale per la vita ad un mondo desertico e freddo.
I ricercatori hanno studiato a lungo la composizione dell’atmosfera marziana grazie allo strumento Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer della sonda MAVEN, e per due anni hanno raccolto dati sulla presenza di ioni metallici. In questo modo sono stati in grado di scoprire che l’aria “pesante” di Marte è una caratteristica permanente della sua atmosfera e hanno pubblicato i risultati sulla rivista scientifica Geophysical Research Letters.
Anche la ionosfera del pianeta Terra è caratterizzata dalla presenza permanente di questi ioni metallici e gli scienziati da sempre hanno riscontrato prove indirette che queste particelle cariche elettricamente si trovano nelle atmosfere dei pianeti del Sistema Solare, ma con MAVEN per la prima volta gli astronomi hanno avuto una prova diretta della loro presenza su un altro pianeta, in questo caso Marte. “Maven ha permesso la prima osservazione diretta della presenza permanente di ioni metallici nella ionosfera di un pianeta che non è la Terra.”, spiega Grebowsky in un comunicato. “Dato che gli ioni metallici hanno un lungo ciclo vitale e sono trasportati lontano dalla loro regione di origine dai venti neutri e dai campi magnetici, possono essere utilizzati per dedurre i moti che si verificano nella ionosfera, nello stesso modo in cui usiamo una foglia fluttuante per capire in che modo spira il vento”.
Ma come sono arrivati questi ioni metallici nella ionosfera? Gli scienziati spiegano che la loro presenza è dovuta alla costante pioggia di piccolissimi meteoriti che interessa il pianeta rosso: quando entra ad alta velocità nell’atmosfera marziana, un meteorite si vaporizza, producendo atomi metallici che perdono alcuni dei loro elettroni per via dell’interazione con gli altri atomi e molecole elettricamente carichi che già si trovano nella ionosfera, dando così origine ad altre particelle pesanti elettricamente cariche.
Una prima osservazione è avvenuta al passaggio della cometa Siding Spring, una cometa non periodica il cui nome scientifico è C/2013 A1. Nel 2014 Siding Spring ha sfiorato Marte, passando a una distanza di appena 300 000 chilometri dalla superficie e causando un’intensa pioggia meteoritica che ha vaporizzato nell’atmosfera marziana svariate tonnellate di materiale metallico, che si è ionizzato. Questo episodio però avrebbe comportato solo un temporaneo aumento della concentrazione di ioni nella ionosfera, ma dopo due anni di osservazioni Maven ha potuto verificare la presenza degli ioni anche a lungo termine.
Gli scienziati hanno così osservato che come accade per la Terra, dove la presenza di particelle cariche nella ionosfera causa interferenze e scherma i segnali radio, anche Marte è interessato dalla presenza permanente degli ioni metallici nella sua seppur rarefatta atmosfera. Quello che ha stupito i ricercatori è stato però che questa caratteristica comune ai due pianeti del Sistema Solare segue comportamenti decisamente diversi.
Il nostro pianeta infatti è circondato da un campo magnetico globale, indotto dalla sua composizione interna, che insieme ai venti della ionosfera induce le particelle elettricamente cariche a disporsi in strati. Una stratificazione che però non avviene sul pianeta rosso: Marte infatti possiede solo campi magnetici locali, indotti solo da alcune zone della sua crosta, e questo ha prodotto come effetto una stratificazione degli ioni metallici solo in prossimità di quelle aree.
La distribuzione degli ioni metallici tra la Terra e Marte dunque è molto diversa, come è diversa la composizione dell’atmosfera, e il confronto tra i due pianeti apre a nuovi scenari e applicazioni per i ricercatori. Studiare da vicino l’atmosfera rarefatta di Marte infatti potrà aiutare a comprendere al meglio anche le dinamiche interne a entrambe le atmosfere. Uno dei prossimi passi sarà quello di cercare di comprendere se la presenza di ioni metallici è in grado di indurre la formazione di nubi a elevate altitudini o di alterarne il comportamento, producendo per esempio violente tempeste che si abbattono sulla superficie.
Un’altra applicazione di questa scoperta poi sarà quella di comprendere come si comporta la polvere interplanetaria e qual è il suo impatto sulle atmosfere dei pianeti del nostro Sistema Solare. La scoperta di MAVEN dunque apre a nuove osservazioni e porta con sé grandi aspettative: ci dà per la prima volta la possibilità di confrontare e comparare due atmosfere, per poter così comprendere al meglio non solo la composizione chimica della ionosfera, ma le dinamiche di atmosfere, siano esse “ricche” come quella terrestre o rarefatte e “pesanti” come la sua analoga marziana.
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