Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA

Introduzione

Un tipo di aurora marziana, identificata per la prima volta dall’astronave MAVEN della NASA nel 2016, è in realtà la forma più comune di aurora che si verifica sul Pianeta Rosso, secondo i nuovi risultati della missione. L’aurora è conosciuta come aurora protonica e può aiutare gli scienziati a rintracciare la perdita d’acqua dall’atmosfera di Marte.

La missione di MAVEN

Sulla Terra, le aurore sono comunemente viste come esposizioni colorate di luce nel cielo notturno vicino alle regioni polari, conosciute anche come luci del nord e del sud. Tuttavia, l’aurora protonica su Marte si verifica durante il giorno e emette luce ultravioletta, quindi è invisibile all’occhio umano ma rilevabile dallo strumento Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) sul veicolo spaziale MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN).

La missione di MAVEN è indagare su come il Pianeta Rosso abbia perso gran parte della sua atmosfera e delle sue acque, trasformando il suo clima da uno che avrebbe potuto sostenere la vita ad un altro freddo, secco e inospitale. Poiché l’aurora protonica è generata indirettamente dall’idrogeno derivato dall’acqua marziana che si sta perdendo nello spazio, questa aurora potrebbe essere utilizzata per aiutare a rintracciare la perdita d’acqua marziana in corso.

In questo nuovo studio che utilizza i dati di MAVEN / IUVS su Marte raccolti da diversi anni, il team ha scoperto che i periodi di maggiore fuga atmosferica corrispondono ad aumenti nell’intensità dell’aurora protonica“, ha affermato Andréa Hughes dell’Università aeronautica Embry-Riddle a Daytona Beach, Florida. Hughes è autore principale di un articolo su questa ricerca, pubblicato il 12 dicembre nel Journal of Geophysical ResearchSpace Physics. “Forse un giorno, quando il viaggio interplanetario diventerà un qualcosa di comune, i viaggiatori che arriveranno su Marte durante l’estate meridionale avranno posti in prima fila per osservare l’aurora protonica marziana che danza maestosamente attraverso il lato del pianeta (indossando occhiali sensibili ai raggi ultravioletti, ovviamente)“. 

L’aurora protonica

Fenomeni diversi producono diversi tipi di aurora. Tuttavia, tutte le aurore sulla Terra e su Marte sono alimentate dall’attività solare, che si tratti di esplosioni di particelle ad alta velocità note come tempeste solari (espulsioni di massa coronale) o raffiche di vento solare, un flusso di particelle cariche emesso dall’alta atmosfera del Sole che soffia continuamente nello spazio a circa un milione di km all’ora. Ad esempio, l’aurora boreale e australe sulla Terra si verificano quando una violenta attività solare disturba la magnetosfera terrestre, facendo sì che gli elettroni ad alta velocità colpiscano particelle di gas nell’atmosfera superiore notturna della Terra e le facciano brillare. Processi simili generano l’aurora discreta e diffusa di Marte – due tipi di aurora precedentemente osservati sul lato marziano.

Crediti: NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher

L’aurora protonica si forma quando i protoni del vento solare (che sono atomi di idrogeno spogliati dei loro elettroni solitari da un intenso calore) interagiscono con l’atmosfera superiore sul lato giorno di Marte. Mentre si avvicinano a Marte, i protoni che entrano con il vento solare si trasformano in atomi neutri rubando elettroni da atomi di idrogeno nel bordo esterno della corona di idrogeno marziano, un’enorme nuvola di idrogeno che circonda il pianeta. Quando quegli atomi in arrivo ad alta velocità colpiscono l’atmosfera, parte della loro energia viene emessa come luce ultravioletta.

Immagini dell’aurora protonica di Marte. Lo spettrografo ultravioletto Imaging di MAVEN osserva l’atmosfera di Marte, realizzando contemporaneamente immagini di idrogeno neutro e aurora protonica (a sinistra). Le osservazioni in condizioni normali mostrano idrogeno sul disco e nell’atmosfera estesa del pianeta da un punto di vista sul lato notte (al centro). L’aurora protonica è visibile come un illuminante significativo sull’arto e sul disco (a destra); con il contributo dell’idrogeno neutro sottratto, viene rivelata la distribuzione dell’aurora protonica, dimostrando che raggiunge il picco di luminosità appena fuori dal disco marziano mentre i neutri energetici sbattono nell’atmosfera. Crediti: Embry-Riddle Aeronautical University / LASP, U. of Colorado

Quando il team MAVEN ha osservato per la prima volta l’aurora protonica, ha pensato che fosse un evento relativamente insolito. “In un primo momento, credevamo che questi eventi fossero piuttosto rari perché non stavamo osservando i tempi e i luoghi giusti“, ha dichiarato Mike Chaffin, ricercatore presso il Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) dell’Università del Colorado e secondo autore dello studio. “Ma dopo uno sguardo più attento, abbiamo scoperto che le aurore protoniche si verificano molto più spesso nelle osservazioni estive meridionali di quanto ci aspettassimo inizialmente“. 

Il team ha trovato l’aurora protonica in circa il 14 percento delle loro osservazioni giornaliere, che aumenta a oltre l’80 percento delle volte in cui vengono considerate solo le osservazioni meridionali estive. “A confronto, IUVS ha rilevato un’aurora diffusa su Marte in poche percentuali di orbite con geometria favorevole”.

Il motivo per cui sono simili a quelle della Terra

La correlazione con l’estate meridionale ha fornito un indizio sul perché le aurore protoniche sono così comuni e su come potrebbero essere utilizzate per tracciare la perdita d’acqua. Durante l’estate meridionale su Marte, il pianeta è anche vicino alla sua distanza più vicina al Sole nella sua orbita e possono verificarsi enormi tempeste di polvere. Il riscaldamento estivo e l’attività della polvere sembrano causare aurore di protoni forzando il vapore acqueo nell’atmosfera. 

La luce ultravioletta solare estrema rompe l’acqua nei suoi componenti, idrogeno e ossigeno. L’idrogeno leggero è debolmente legato dalla gravità di Marte e migliora la corona di idrogeno che circonda Marte, aumentando la perdita di idrogeno nello spazio. Più idrogeno nella corona rende più comuni le interazioni con i protoni del vento solare, rendendo l’aurora del protone più frequente e più luminosa.

Tutte le condizioni necessarie per creare un’aurora protonica marziana (ad es. Protoni eolici solari, un’atmosfera di idrogeno estesa e l’assenza di un campo magnetico dipolo globale) sono più comuni su Marte rispetto a quelle necessarie per creare altri tipi di aurora” ha dicharato Hughes. “Inoltre, la connessione tra le osservazioni di MAVEN sull’aumento della fuga atmosferica e sull’aumento della frequenza e dell’intensità dell’aurora protonica significa che l’aurora protonica può effettivamente essere utilizzata come un proxy per ciò che sta accadendo nella corona di idrogeno che circonda Marte, e quindi un proxy per i tempi di aumento fuga atmosferica e perdita d’acqua“.

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