Immagine concettuale raffigurante il primo ambiente marziano (a destra) - che si ritiene contenga acqua liquida e un'atmosfera più densa - contro il freddo, ambiente secco visto oggi su Marte (a sinistra). Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
Un tipo di aurora marziana identificato per la prima volta dalla navicella spaziale 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 un'aurora protonica e può aiutare gli scienziati a monitorare la perdita di acqua dall'atmosfera di Marte.
A Terra, le aurore sono comunemente viste come giochi di luce colorati nel cielo notturno vicino alle regioni polari, dove sono anche conosciute come l'aurora boreale e australe. Però, l'aurora protonica su Marte avviene durante il giorno ed emette luce ultravioletta, quindi è invisibile all'occhio umano ma rilevabile allo strumento Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) sulla navicella 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 dell'acqua, trasformando il suo clima da uno che avrebbe potuto sostenere la vita a uno freddo, asciutto, e inospitale. Poiché l'aurora protonica è generata indirettamente dall'idrogeno derivato dall'acqua marziana che sta per essere perso nello spazio, questa aurora potrebbe essere utilizzata per monitorare la perdita d'acqua marziana in corso.
"In questo nuovo studio che utilizza i dati MAVEN/IUVS di più anni marziani, il team ha scoperto che i periodi di maggiore fuga atmosferica corrispondono ad aumenti della presenza e dell'intensità dell'aurora protonica, " ha dichiarato Andréa Hughes della Embry-Riddle Aeronautical University di Daytona Beach, Florida. Hughes è l'autore principale di un articolo su questa ricerca pubblicato il 12 dicembre nel Giornale di ricerca geofisica : Fisica spaziale . "Forse un giorno, quando i viaggi interplanetari diventano all'ordine del giorno, i viaggiatori che arrivano su Marte durante l'estate australe avranno posti in prima fila per osservare l'aurora protonica marziana che danza maestosamente attraverso il lato diurno del pianeta (mentre indossano occhiali sensibili ai raggi ultravioletti, Certo). Questi viaggiatori assisteranno in prima persona alle fasi finali di Marte che perde il resto della sua acqua nello spazio." Hughes presenta la ricerca il 12 dicembre all'incontro dell'American Geophysical Union a San Francisco.
Questa animazione mostra un'aurora protonica su Marte. Primo, un protone del vento solare si avvicina a Marte ad alta velocità e incontra una nube di idrogeno che circonda il pianeta. Il protone ruba un elettrone da un atomo di idrogeno marziano, diventando così un atomo neutro. L'atomo passa attraverso il bowshock, un ostacolo magnetico che circonda Marte, perché le particelle neutre non sono influenzate dai campi magnetici. Finalmente, l'atomo di idrogeno entra nell'atmosfera di Marte e si scontra con molecole di gas, facendo sì che l'atomo emetta luce ultravioletta. Credito:NASA/MAVEN/Goddard Space Flight Center/Dan Gallagher
Diversi fenomeni producono diversi tipi di aurora. Però, 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, eruzioni di gas e campi magnetici note come espulsioni di massa coronale, o raffiche di vento solare, un flusso di gas elettricamente conduttore che soffia continuamente nello spazio a circa un milione di miglia all'ora. Per esempio, le luci del nord e del sud sulla Terra si verificano quando la violenta attività solare disturba la magnetosfera terrestre, facendo sì che gli elettroni ad alta velocità colpiscano le particelle di gas nell'atmosfera 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 notturno di Marte.
L'aurora protonica si forma quando i protoni del vento solare (che sono atomi di idrogeno privati dei loro elettroni solitari da un calore intenso) interagiscono con l'atmosfera superiore sul lato diurno di Marte. Mentre si avvicinano a Marte, i protoni che entrano con il vento solare si trasformano in atomi neutri rubando elettroni dagli atomi di idrogeno nel bordo esterno della corona di idrogeno marziana, 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 sotto forma di luce ultravioletta.
Quando il team MAVEN ha osservato per la prima volta l'aurora protonica, pensavano che fosse un evento relativamente insolito. "All'inizio, credevamo che questi eventi fossero piuttosto rari perché non stavamo guardando i tempi e i luoghi giusti, "ha detto Mike Chaffin, ricercatore presso il Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio (LASP) dell'Università del Colorado Boulder e secondo autore dello studio. "Ma dopo uno sguardo più attento, abbiamo scoperto che l'aurora protonica si verifica molto più spesso nelle osservazioni diurne dell'estate meridionale di quanto inizialmente previsto." Il team ha trovato l'aurora protonica in circa il 14% delle loro osservazioni diurne, che aumenta a più dell'80 percento del tempo quando vengono considerate solo le osservazioni dell'estate meridionale diurne. "A confronto, IUVS ha rilevato un'aurora diffusa su Marte in una piccola percentuale di orbite con geometria favorevole, e i rilevamenti discreti di aurore sono ancora più rari nel set di dati, " ha detto Nick Schneider, coautore e capo del team IUVS al LASP.
Immagini dell'aurora protonica di Marte. Lo spettrografo a raggi ultravioletti di imaging di MAVEN osserva l'atmosfera di Marte, creare immagini di idrogeno neutro e aurora protonica contemporaneamente (a sinistra). Le osservazioni in condizioni normali mostrano l'idrogeno sul disco e nell'atmosfera estesa del pianeta da un punto di osservazione sul lato notturno (al centro). L'aurora protonica è visibile come un significativo schiarimento sull'arto e sul disco (a destra); con il contributo di idrogeno neutro sottratto, viene rivelata la distribuzione dell'aurora protonica, mostrando che raggiunge il picco di luminosità appena fuori dal disco marziano mentre i neutri energetici si schiantano nell'atmosfera. Credito:Embry-Riddle Aeronautical University/LASP, Università del Colorado
La correlazione con l'estate australe ha fornito un indizio sul motivo per cui le aurore protoniche sono così comuni e su come potrebbero essere utilizzate per monitorare la perdita di 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 protoniche forzando il vapore acqueo in alto nell'atmosfera. La luce ultravioletta estrema solare 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, aumento della perdita di idrogeno nello spazio. Più idrogeno nella corona rende più comuni le interazioni con i protoni del vento solare, rendendo l'aurora protonica più frequente e più luminosa.
"Tutte le condizioni necessarie per creare un'aurora protonica marziana (ad es. protoni del vento solare, un'atmosfera di idrogeno estesa, e l'assenza di un campo magnetico dipolo globale) sono più comunemente disponibili su Marte di quelli necessari per creare altri tipi di aurore, " disse Hughes. "Inoltre, la connessione tra le osservazioni di MAVEN sull'aumento della fuga atmosferica e l'aumento della frequenza e dell'intensità dell'aurora protonica significa che l'aurora protonica può effettivamente essere utilizzata come proxy per ciò che sta accadendo nella corona di idrogeno che circonda Marte, e quindi, un proxy per i tempi di maggiore fuga atmosferica e perdita d'acqua".
