Oggi, un articolo pubblicato su Scienza documenta per la prima volta i modelli di circolazione globale del vento nell'atmosfera superiore di un pianeta, Da 120 a 300 chilometri sopra la superficie. I risultati si basano su osservazioni locali, piuttosto che misurazioni indirette, a differenza di molte misurazioni precedenti effettuate sull'atmosfera superiore della Terra. Ma non è successo sulla Terra:è successo su Marte. Oltre a ciò, tutti i dati provenivano da uno strumento e da un veicolo spaziale che non erano stati originariamente progettati per raccogliere misurazioni del vento.

Nel 2016, Mehdi Benna e i suoi colleghi hanno proposto al team del progetto Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) di riprogrammare a distanza la navicella spaziale MAVEN e il suo strumento Natural Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) per eseguire un esperimento unico. Volevano vedere se parti dello strumento che normalmente erano fisse potevano "oscillare avanti e indietro come un tergicristallo abbastanza velocemente, " per consentire allo strumento di raccogliere un nuovo tipo di dati.

Inizialmente, il team del progetto MAVEN era riluttante a implementare le modifiche richieste da Benna e dai suoi colleghi. Dopotutto, MAVEN e NGIMS orbitano attorno a Marte dal 2013, e stavano lavorando abbastanza bene raccogliendo informazioni sulla composizione dell'atmosfera di Marte. Perché mettere a rischio tutto questo? Benna e i suoi colleghi hanno sostenuto che questo progetto avrebbe raccolto nuovi tipi di dati che potrebbero modellare la nostra comprensione dell'atmosfera superiore su Marte, informano studi simili sulla Terra, e aiutaci a capire meglio il clima planetario.

Benna, uno scienziato planetario che opera dal Goddard Space Flight Center della NASA con l'UMBC Center for Space Sciences Technology (CSST), ha avuto l'idea del tergicristallo durante un brainstorming su come creare uno strumento in grado di raccogliere informazioni sui modelli di circolazione globale nell'atmosfera superiore della Terra. Gli venne in mente che, insieme, MAVEN e NGIMS potrebbero fare la stessa cosa su Marte, ed erano già nello spazio.

Con una certa perseveranza e molte analisi preliminari, Benna e i suoi colleghi hanno convinto la leadership della missione MAVEN a provare la loro idea, dopo Lockheed Martin, il produttore di veicoli spaziali, determinato che le modifiche potrebbero essere possibili senza danneggiare il satellite. "È un'intelligente reingegnerizzazione in volo di come far funzionare il veicolo spaziale e lo strumento, " Dice Benna. "E facendo entrambe le cose - la navicella spaziale facendo qualcosa per cui non era progettata e lo strumento facendo qualcosa per cui non era progettata - abbiamo reso possibili le misurazioni del vento".

Effetto a catena

Il nuovo documento è stato completato in collaborazione con Yuni Lee, anche del CSST di UMBC, e colleghi dell'Università del Michigan, George Mason University, e NASA. Si basa su dati raccolti due giorni al mese per due anni dal 2016 al 2018. Alcuni risultati erano attesi, e altri sono state grandi sorprese. "La cosa rinfrescante è che i modelli che abbiamo osservato nell'atmosfera superiore corrispondono globalmente a ciò che si potrebbe prevedere dai modelli, " dice Benna. "La fisica funziona."

Globale, i modelli di circolazione medi di stagione in stagione erano molto stabili su Marte. È come dire che sulla costa orientale degli Stati Uniti, durante l'anno, i sistemi meteorologici generalmente fluiscono da ovest a est in modo prevedibile.

Una sorpresa è arrivata quando il team ha analizzato la variabilità a breve termine dei venti nell'alta atmosfera, che era maggiore del previsto. "Su Marte, la circolazione media è costante, ma se fai un'istantanea in un dato momento, i venti sono molto variabili, " Dice Benna. È necessario più lavoro per determinare il motivo per cui esistono questi modelli contrastanti.

Una seconda sorpresa è stata che il vento a centinaia di chilometri sopra la superficie del pianeta conteneva ancora informazioni sulla morfologia sottostante, come montagne, canyon, e bacini. Quando la massa d'aria scorre su queste caratteristiche, "crea onde - effetti a catena - che scorrono verso l'alto nell'atmosfera" e può essere rilevato da MAVEN e NGIMS, Benna spiega. "Sulla terra, vediamo lo stesso tipo di onde, ma non ad altitudini così elevate. Questa è stata la grande sorpresa, che questi possono arrivare fino a 280 chilometri di altezza."

Benna e colleghi hanno due ipotesi sul perché le onde, chiamate "onde ortografiche, " durare così a lungo immutato. Per uno, l'atmosfera su Marte è molto più sottile di quella sulla Terra, così le onde possono viaggiare più lontano senza ostacoli, come le increspature che viaggiano più lontano nell'acqua che nella melassa. Anche, la differenza media tra picchi geografici e valli è molto maggiore su Marte che sulla Terra. Non è raro che le montagne siano alte 20 chilometri su Marte, considerando che il monte Everest non è alto fino a nove chilometri, e la maggior parte delle montagne terrestri sono molto più corte.

"La topografia di Marte sta guidando questo in un modo più pronunciato di quanto non lo sia sulla Terra, "dice Benna.

Andare avanti

Continuare ad analizzare i dati di questo studio può aiutare gli scienziati a capire se gli stessi processi di base sono in azione nell'alta atmosfera terrestre. Ironia della sorte, "Abbiamo dovuto fare queste misurazioni su Marte per capire alla fine lo stesso fenomeno sulla Terra, Benna dice. "In definitiva i risultati ci aiuteranno a capire il clima di Marte. Qual è il suo stato e come si sta evolvendo?"

Ma il team non è soddisfatto dell'attuale set di dati. "Vogliamo continuare a misurare. Abbiamo due anni di dati, ma non ci fermiamo qui, " dice Benna. Anche con il set di dati che hanno già, "Abbiamo molti anni di modellazione e analisi davanti a noi." È un tesoro di informazioni che possono essere esaminate in modi non ancora immaginati, per saperne di più su come funzionano i pianeti.