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    Lo shock dell'arco marziano in movimento

    Lo shock dell'arco marziano in movimento. Credito:ESA/ATG medialab

    Mentre le particelle energetiche del vento solare accelerano attraverso lo spazio interplanetario, il loro movimento è modificato dagli oggetti nel loro percorso. uno studio, sulla base dei dati dell'orbiter Mars Express dell'ESA, ha gettato nuova luce su una sorprendente interazione tra il pianeta Marte e le particelle supersoniche nel vento solare.

    Gli scienziati sanno da tempo che una caratteristica nota come shock di prua si forma a monte di un pianeta, un po' come la prua di una nave, dove l'acqua viene rallentata e poi deviata attorno all'ostacolo.

    L'urto di prua segna un confine abbastanza netto in cui il vento solare rallenta improvvisamente mentre inizia a penetrare nella magnetosfera di un pianeta o nell'atmosfera esterna.

    Nel caso di Marte, che non genera un campo magnetico globale e ha un'atmosfera sottile, il principale ostacolo al vento solare è la ionosfera, una regione di particelle caricate elettricamente nella sua atmosfera superiore.

    Per di più, le dimensioni relativamente ridotte, massa e gravità di Marte consentono la formazione di un'estesa esosfera, lo strato più esterno dell'atmosfera, dove atomi e molecole gassosi sfuggono nello spazio e interagiscono direttamente con il vento solare.

    Le osservazioni fatte da numerosi veicoli spaziali nel corso di molti decenni hanno dimostrato che le variazioni nella ionosfera e nell'esosfera giocano un ruolo nei cambiamenti nella posizione del confine dell'urto di prua.

    Come previsto, la distanza dell'arco marziano dal pianeta aumenta al diminuire della pressione dinamica del vento solare. Questo è un po' come un indebolimento dell'onda di prua davanti a una nave mentre il flusso dell'acqua rallenta.

    Attraversamenti d'urto dell'arco di Marte con Mars Express. Clicca qui per i dettagli e le versioni grandi del video. Credito:B.E. Sala, Università di Leicester

    D'altra parte, l'aumento della distanza dell'urto dell'arco marziano coincide con l'aumento della quantità di radiazione solare in arrivo alle lunghezze d'onda dell'ultravioletto estremo (EUV). Di conseguenza, aumenta la velocità con cui ioni ed elettroni vengono prodotti da atomi e molecole nell'alta atmosfera. Ciò si traduce in un aumento della pressione termica all'interno della ionosfera, consentendogli di contrastare meglio il flusso del vento solare in arrivo.

    Allo stesso tempo, gli ioni di nuova creazione all'interno dell'esosfera estesa vengono captati e accelerati dai campi elettromagnetici trasportati dal vento solare. Il risultato è un rallentamento del vento solare e uno spostamento della posizione dell'urto di prua.

    Un altro possibile fattore nell'influenzare la posizione dello shock di prua è l'orbita di Marte. La distanza del pianeta dal Sole è molto più ellittica di quella della Terra, che vanno da 206 milioni di km a 249 milioni di km, una differenza del 20 percento.

    Un team di scienziati europei ha studiato come e perché la posizione dell'urto di prua varia durante l'anno marziano. In un articolo pubblicato online nel numero del 21 novembre 2016 del Journal of Geophysical Research:Space Physics , il team ha analizzato più di cinque anni marziani di misurazioni dal Mars Express Analyzer of Space Plasma and EneRgetic Atoms (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS) per identificare 11 861 incroci di shock d'arco. Questa è la prima analisi dello shock di prua basata su dati ottenuti in un periodo così lungo e durante tutte le stagioni marziane.

    Quando Mars Express attraversa l'arco marziano, lo strumento ELS registra tipicamente un improvviso aumento del flusso di elettroni attraverso un'ampia gamma di energie (in genere fino a poche centinaia di eV).

    Gli scienziati hanno scoperto che, in media, lo shock di prua è più vicino a Marte vicino all'afelio (il punto più lontano del pianeta dal Sole), e più lontano da Marte vicino al perielio (il punto più vicino al Sole del pianeta). La distanza media dell'urto di prua da Marte, se misurato dall'alto il terminatore (il confine giorno-notte) raggiunge un minimo di 8102 km intorno all'afelio, mentre la sua distanza massima di 8984 km avviene intorno al perielio. Questa è una variazione complessiva di circa l'11% durante ogni orbita marziana.

    Marte in orbita:afelio e perielio. Credito:ESA/ATG medialab

    Il team ha anche verificato i risultati precedenti secondo cui lo shock dell'arco nell'emisfero australe è, in media, situato più lontano da Marte che nell'emisfero settentrionale. Però, questa asimmetria emisferica è piccola (una variazione della distanza totale del 2,4 percento), e le stesse variazioni annuali nello shock di prua si verificano indipendentemente dall'emisfero.

    Densità del vento solare (e, perciò, pressione dinamica), la forza del campo magnetico interplanetario, e irraggiamento solare, dovrebbero ridursi con la distanza dal Sole. Poiché questi parametri influenzano la posizione dell'urto dell'arco in modi diversi, il team voleva scoprire quale fosse il fattore dominante durante l'anno marziano.

    La loro scoperta in qualche modo sorprendente è stata che la posizione dell'urto di prua è più sensibile alle variazioni nell'output dell'EUV solare che alle variazioni di pressione dinamica del vento solare.

    Ciò può essere in gran parte dovuto al ben riconosciuto impatto dell'EUV sulla densità e la pressione termica della ionosfera, e l'espansione dell'esosfera (vedi sopra). Questi processi creano degli ammortizzatori contro il vento solare.

    Però, le variazioni nella distanza d'urto dell'arco sono anche correlate ai cambiamenti annuali nella quantità di polvere nell'atmosfera marziana. La stagione delle tempeste di polvere marziana si verifica intorno al perielio, quando il pianeta è più caldo e riceve più radiazione solare.

    "È stato precedentemente dimostrato che le tempeste di polvere interagiscono con l'atmosfera superiore e la ionosfera di Marte, quindi potrebbe esserci un accoppiamento indiretto tra le tempeste di polvere e la posizione dell'urto di prua, " ha detto Benjamin Hall, autore principale dell'articolo, che era fino a poco tempo fa all'Università di Leicester, ed è attualmente ricercatore presso la Lancaster University, UK.

    Lo shock dell'arco marziano in movimento. Credito:ESA/ATG medialab

    "Però, non traiamo ulteriori conclusioni su come le tempeste di polvere potrebbero avere un impatto diretto sulla posizione dell'urto dell'arco marziano e lasciare tale indagine a uno studio futuro.

    "Sembra probabile che nessun singolo meccanismo possa spiegare le nostre osservazioni, ma piuttosto un effetto combinato di tutti loro. A questo punto nessuno di essi può essere escluso.

    "Sono necessarie future indagini sui collegamenti tra il carico di polvere atmosferica e l'alta atmosfera marziana, coinvolgendo le indagini congiunte di Mars Express e Trace Gas Orbiter dell'ESA, e la missione MAVEN della NASA. I primi dati di MAVEN sembrano confermare le tendenze che abbiamo scoperto".

    "Indagini simili sono state fatte dallo strumento ASPERA che è stato pilotato a bordo dell'orbiter Venus Express, permettendoci di confrontare processi fisici e condizioni su due pianeti molto diversi che hanno entrambi campi magnetici deboli, " ha detto Dmitri Titov, Scienziato del progetto Mars Express dell'ESA.

    "Questo dimostra il valore dell'utilizzo della stessa strumentazione per esplorare mondi diversi".


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