Rappresentazione artistica dell'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA che rileva il bagliore verde dell'ossigeno nell'atmosfera marziana. Questa emissione, avvistato sul lato diurno di Marte, è simile al bagliore notturno visto intorno all'atmosfera terrestre dallo spazio. Credito:Agenzia spaziale europea
L'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA ha rilevato ossigeno verde incandescente nell'atmosfera di Marte, la prima volta che questa emissione è stata osservata intorno a un pianeta diverso dalla Terra.
Sulla terra, l'ossigeno incandescente viene prodotto durante le aurore polari quando gli elettroni energetici provenienti dallo spazio interplanetario colpiscono l'atmosfera superiore. Questa emissione di luce guidata dall'ossigeno conferisce alle aurore polari la loro bella e caratteristica tonalità verde.
L'aurora, però, è solo uno dei modi in cui si illuminano le atmosfere planetarie. Le atmosfere dei pianeti, tra cui la Terra e Marte, brillano costantemente sia di giorno che di notte mentre la luce solare interagisce con atomi e molecole all'interno dell'atmosfera. Il bagliore diurno e notturno sono causati da meccanismi leggermente diversi:il bagliore notturno si verifica quando le molecole spezzate si ricombinano, mentre il bagliore del giorno sorge quando la luce del sole eccita direttamente atomi e molecole come azoto e ossigeno.
Sulla terra, il bagliore notturno verde è piuttosto debole, e così si vede meglio guardando da una prospettiva "dal bordo in avanti", come illustrato in molte immagini spettacolari scattate dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questa debolezza può essere un problema quando la si cerca su altri pianeti, poiché le loro superfici luminose possono soffocarlo.
Questo bagliore verde è stato rilevato per la prima volta su Marte dall'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), che orbita attorno a Marte dall'ottobre 2016.
Il bagliore dell'aria terrestre osservato dalla Stazione Spaziale Internazionale. Credito:Agenzia spaziale europea
"Una delle emissioni più luminose osservate sulla Terra deriva dal bagliore notturno. Più specificamente, da atomi di ossigeno che emettono una particolare lunghezza d'onda della luce che non è mai stata vista su un altro pianeta, " dice Jean-Claude Gérard dell'Université de Liège, Belgio, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Astronomia della natura .
"Però, questa emissione è stata prevista su Marte per circa 40 anni e, grazie a TGO, l'abbiamo trovata".
Jean-Claude e colleghi sono stati in grado di individuare questa emissione utilizzando una speciale modalità di osservazione del TGO. Uno degli strumenti avanzati dell'orbiter, noto come NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) e comprendente lo spettrometro ultravioletto e visibile (UVIS), può osservare in varie configurazioni, uno dei quali posiziona i suoi strumenti in modo che puntino direttamente verso la superficie marziana, noto anche come canale 'nadir'.
"Le precedenti osservazioni non avevano catturato alcun tipo di bagliore verde su Marte, quindi abbiamo deciso di riorientare il canale UVIS nadir per puntare al "bordo" di Marte, simile alla prospettiva che vedete nelle immagini della Terra riprese dalla ISS, " aggiunge la coautrice Ann Carine Vandaele dell'Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, Belgio, e Principal Investigator di NOMAD.
Dal 24 aprile al 1 dicembre 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colleghi hanno utilizzato NOMAD-UVIS per scansionare altitudini comprese tra 20 e 400 chilometri dalla superficie marziana due volte per orbita. Quando hanno analizzato questi set di dati, hanno trovato l'emissione di ossigeno verde in tutti loro.
L'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA ha rilevato ossigeno verde incandescente nell'atmosfera di Marte:è la prima volta che questa emissione è stata osservata intorno a un pianeta diverso dalla Terra. Le osservazioni, ottenuto con lo strumento NOMAD del TGO utilizzando il suo canale UVIS tra aprile e dicembre 2019, sono mostrati come punti verdi in funzione dell'altitudine, e rispetto ad un modello teorico (linea rossa). Il bagliore verde dell'ossigeno sembra essere più luminoso a 80 km, raggiungendo una seconda vetta intorno ai 120 km, e dissipandosi oltre i 150 km. Credito:J.-C. Gerard et al. (2020)
"L'emissione era più forte a un'altitudine di circa 80 chilometri e variava a seconda della distanza variabile tra Marte e il sole, " aggiunge Anna Carine.
Lo studio del bagliore delle atmosfere planetarie può fornire una grande quantità di informazioni sulla composizione e la dinamica di un'atmosfera, e rivelano come l'energia viene depositata sia dalla luce del sole che dal vento solare, il flusso di particelle cariche emanate dalla nostra stella.
Per capire meglio questo bagliore verde su Marte, e confrontalo con ciò che vediamo intorno al nostro pianeta, Jean-Claude e colleghi hanno approfondito il modo in cui si è formato.
"Abbiamo modellato questa emissione e abbiamo scoperto che è prodotta principalmente come anidride carbonica, o CO 2 , viene scomposto nelle sue parti costituenti:monossido di carbonio e ossigeno, "dice Jean-Claude. "Abbiamo visto gli atomi di ossigeno risultanti brillare sia alla luce visibile che a quella ultravioletta."
Il confronto simultaneo di questi due tipi di emissione ha mostrato che l'emissione visibile era 16,5 volte più intensa dell'ultravioletto.
Emissione di ossigeno rilevata negli spettri degli arti diurni dal canale UVIS dello strumento NOMAD sull'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA. Diversi colori mostrano le misurazioni a diverse altitudini nell'atmosfera marziana. Il bagliore dell'ossigeno sembra essere più luminoso a 80 km, raggiungendo una seconda vetta intorno ai 120 km, e dissipandosi oltre i 150 km. Questa è la prima volta che questa emissione è stata vista intorno a un pianeta diverso dalla Terra. Credito:J.-C. Gerard et al. (2020)
"Le osservazioni su Marte concordano con i precedenti modelli teorici ma non con l'effettivo bagliore che abbiamo individuato intorno alla Terra, dove l'emissione visibile è molto più debole, " aggiunge Jean-Claude. "Questo suggerisce che abbiamo ancora da imparare su come si comportano gli atomi di ossigeno, che è estremamente importante per la nostra comprensione della fisica atomica e quantistica".
Questa comprensione è la chiave per caratterizzare le atmosfere planetarie e i fenomeni correlati, come le aurore. Decifrando la struttura e il comportamento di questo strato verde brillante dell'atmosfera di Marte, gli scienziati possono ottenere informazioni su un intervallo di altitudine che è rimasto in gran parte inesplorato, e monitorare come cambia quando l'attività del sole varia e Marte viaggia lungo la sua orbita attorno alla nostra stella.
"Questa è la prima volta che questa importante emissione è stata osservata intorno a un altro pianeta oltre la Terra, e segna la prima pubblicazione scientifica basata sulle osservazioni dal canale UVIS dello strumento NOMAD sull'ExoMars Trace Gas Orbiter, " evidenzia Håkan Svedhem, Scienziato del progetto TGO dell'ESA.
"Dimostra la straordinaria sensibilità e qualità ottica dello strumento NOMAD. Ciò è particolarmente vero dato che questo studio ha esplorato il lato diurno di Marte, che è molto più luminoso del lato notturno, rendendo così ancora più difficile individuare questa debole emissione".
Comprendere le proprietà dell'atmosfera di Marte non è solo interessante dal punto di vista scientifico, ma è anche la chiave per gestire le missioni che inviamo al Pianeta Rosso. Densità atmosferica, Per esempio, influenza direttamente la resistenza sperimentata dai satelliti in orbita e dai paracadute utilizzati per portare le sonde sulla superficie marziana.
"Questo tipo di osservazione telerilevata, insieme a misurazioni in situ ad altitudini più elevate, ci aiuta a prevedere come l'atmosfera marziana risponderà ai cambiamenti stagionali e alle variazioni dell'attività solare, " aggiunge Håkan. "La previsione dei cambiamenti nella densità atmosferica è particolarmente importante per le prossime missioni, inclusa la missione ExoMars 2022 che invierà un rover e una piattaforma scientifica di superficie per esplorare la superficie del Pianeta Rosso".
