Illustrazione della fuga di ioni da Marte. Come sulla Terra, la radiazione ultravioletta solare separa gli elettroni dagli atomi e dalle molecole (particelle blu), creando una regione di gas elettricamente carico – ionizzato –:la ionosfera. Questo strato ionizzato interagisce direttamente con il vento solare e il suo campo magnetico per creare una magnetosfera indotta, che agisce per rallentare e deviare le particelle del vento solare intorno al pianeta. Credito:Agenzia spaziale europea
La bassa gravità e la mancanza di campo magnetico del Pianeta Rosso rendono la sua atmosfera più esterna un facile bersaglio da spazzare via dal vento solare, ma nuove prove dalla sonda spaziale Mars Express dell'ESA mostrano che la radiazione solare può svolgere un ruolo sorprendente nella sua fuga.
Il motivo per cui le atmosfere dei pianeti rocciosi nel sistema solare interno si sono evolute in modo così diverso nell'arco di 4,6 miliardi di anni è la chiave per comprendere cosa rende abitabile un pianeta. Mentre la Terra è un mondo acquatico ricco di vita, il nostro vicino più piccolo Marte ha perso gran parte della sua atmosfera all'inizio della sua storia, trasformandosi da un ambiente caldo e umido alle pianure fredde e aride che osserviamo oggi. Al contrario, Venere, l'altra vicina della Terra, che sebbene oggi inospitale è paragonabile per dimensioni al nostro pianeta, e ha un'atmosfera densa.
Un modo spesso pensato per aiutare a proteggere l'atmosfera di un pianeta è attraverso un campo magnetico generato internamente, come sulla Terra. Il campo magnetico devia le particelle cariche del vento solare mentre si allontanano dal Sole, ritagliando una “bolla” protettiva – la magnetosfera – intorno al pianeta.
A Marte e Venere, che non generano un campo magnetico interno, il principale ostacolo al vento solare è l'alta atmosfera, o ionosfera. Proprio come sulla Terra, la radiazione ultravioletta solare separa gli elettroni dagli atomi e dalle molecole in questa regione, creando una regione di gas elettricamente carico – ionizzato –:la ionosfera. A Marte e Venere questo strato ionizzato interagisce direttamente con il vento solare e il suo campo magnetico per creare una magnetosfera indotta, che agisce per rallentare e deviare il vento solare intorno al pianeta.
Per 14 anni, Il Mars Express dell'ESA ha esaminato gli ioni carichi, come ossigeno e anidride carbonica, che scorre nello spazio per comprendere meglio la velocità con cui l'atmosfera sta fuggendo dal pianeta.
Lo studio ha scoperto un effetto sorprendente, con la radiazione ultravioletta del Sole che gioca un ruolo più importante di quanto si pensasse in precedenza.
"Pensavamo che la fuga di ioni si verificasse a causa di un efficace trasferimento dell'energia eolica solare attraverso la barriera magnetica indotta da Marte alla ionosfera, " dice Robin Ramstad dell'Istituto svedese di fisica spaziale, e autore principale dello studio Mars Express.
"Forse controintuitivamente, quello che vediamo in realtà è che l'aumento della produzione di ioni innescato dalla radiazione solare ultravioletta protegge l'atmosfera del pianeta dall'energia trasportata dal vento solare, ma in realtà è necessaria pochissima energia perché gli ioni fuoriescano da soli, a causa della bassa gravità che lega l'atmosfera a Marte."
Si è scoperto che la natura ionizzante della radiazione solare produce più ioni di quelli che possono essere rimossi dal vento solare. Sebbene l'aumento della produzione di ioni aiuti a proteggere la bassa atmosfera dall'energia trasportata dal vento solare, il riscaldamento degli elettroni sembra essere sufficiente per trascinare ioni in tutte le condizioni, creando un "vento polare". La debole gravità di Marte - circa un terzo di quella terrestre - significa che il pianeta non può trattenere questi ioni e questi fuggono facilmente nello spazio, indipendentemente dall'energia supplementare fornita da un forte vento solare.
a Venere, dove la gravità è simile a quella terrestre, è necessaria molta più energia per spogliare l'atmosfera in questo modo, e gli ioni che lasciano il lato verso il sole probabilmente ricadrebbero indietro verso il pianeta sul lato sottovento a meno che non vengano ulteriormente accelerati.
"Concludiamo quindi che al giorno d'oggi, la fuga di ioni da Marte è principalmente limitata alla produzione, e non limitato dal punto di vista energetico, considerando che su Venere è probabile che sia limitato dal punto di vista energetico data la maggiore gravità e l'alto tasso di ionizzazione del pianeta più grande, essendo più vicino al Sole, "aggiunge Robin.
"In altre parole, il vento solare probabilmente ha avuto solo un effetto diretto molto piccolo sulla quantità di atmosfera di Marte che è stata persa nel tempo, e piuttosto migliora solo l'accelerazione delle particelle già in fuga."
"Monitoraggio continuo di Marte dal 2004, che copriva il cambiamento dell'attività solare dal minimo al massimo solare, ci fornisce un ampio set di dati che è vitale per comprendere il comportamento a lungo termine dell'atmosfera di un pianeta e la sua interazione con il Sole, "dice Dmitri Titov, Scienziato del progetto Mars Express dell'ESA. "Collaborazione con la missione MAVEN della NASA, che è su Marte dal 2014, ci consente anche di studiare più in dettaglio i processi di fuga atmosferica".
Lo studio ha anche implicazioni per la ricerca di atmosfere simili alla Terra in altre parti dell'universo.
"Forse un campo magnetico non è così importante nella schermatura dell'atmosfera di un pianeta quanto la gravità stessa del pianeta, che definisce quanto bene può aggrapparsi alle sue particelle atmosferiche dopo che sono state ionizzate dalla radiazione solare, indipendentemente dalla potenza del vento solare, "aggiunge Dimitri.