Ogni pianeta nel nostro Sistema Solare interagisce con il flusso di particelle energetiche provenienti dal nostro Sole. Spesso definite "vento solare", queste particelle sono costituite principalmente da elettroni, protoni e particelle alfa che si fanno costantemente strada verso lo spazio interstellare. Laddove questo flusso entra in contatto con la magnetosfera o l'atmosfera di un pianeta, forma una regione intorno a loro nota come "shock dell'arco".
Queste regioni si formano di fronte al pianeta, rallentando e deviando il vento solare mentre passa, proprio come il modo in cui l'acqua viene deviata intorno a una barca. Nel caso di Marte, è la ionosfera del pianeta che fornisce l'ambiente conduttivo necessario per formare uno shock di prua. E secondo un nuovo studio condotto da un team di scienziati europei, l'ammortizzatore di prua di Marte si sposta a causa dei cambiamenti nell'atmosfera del pianeta.
Lo studio, intitolato "Variazioni annuali nella posizione di shock dell'arco marziano come osservato dalla missione Mars Express", è apparso nel Journal of Geophysical Letters: Space Physics. Utilizzo dei dati dal Mars Express Orbiter, il team scientifico ha cercato di indagare su come e perché la posizione dello shock di prua varia nel corso di diversi anni marziani e quali fattori sono principalmente responsabili.
Per molti decenni, gli astronomi sono stati consapevoli che gli shock di prua si formano a monte di un pianeta, dove l'interazione tra il vento solare e il pianeta provoca il rallentamento delle particelle energetiche e la loro progressiva deviazione. Laddove il vento solare incontra la magnetosfera o l'atmosfera del pianeta, si forma una linea di confine tagliente, che si estende attorno al pianeta in un arco che si allarga.
È qui che deriva il termine shock di prua, grazie alla sua forma distintiva. Nel caso di Marte, che non ha un campo magnetico globale e un'atmosfera piuttosto sottile da avviare (meno dell'1% della pressione atmosferica della Terra a livello del mare), è la regione caricata elettricamente dell'atmosfera superiore (la ionosfera) che è responsabile della creazione dello shock di prua in tutto il pianeta.
Allo stesso tempo, Marte relativamente piccole dimensioni, massa e gravità consente la formazione di un'atmosfera estesa (cioè un'esosfera). In questa porzione dell'atmosfera di Marte, atomi e molecole gassose fuggono nello spazio e interagiscono direttamente con il vento solare. Nel corso degli anni, questa atmosfera estesa e lo shock di prua di Marte sono stati osservati da più missioni orbitanti, che hanno rilevato variazioni nel confine di quest'ultimo.
Si ritiene che ciò sia causato da molteplici fattori, non ultimo quello della distanza. Poiché Marte ha un'orbita relativamente eccentrica (0,0934 rispetto allo 0,0167 della Terra), la sua distanza dal Sole varia abbastanza - passando da 206,7 milioni di km (128,437 milioni di miglia; 1,3814 UA) al perielio a 249,2 milioni di km (154,8457 milioni di miglia; 1,6666 AU) ad aphelion.
Quando il pianeta è più vicino, aumenta la pressione dinamica del vento solare contro la sua atmosfera. Tuttavia, questo cambiamento di distanza coincide anche con aumenti della quantità di radiazione solare ultravioletta estrema in arrivo (EUV). Di conseguenza, la velocità con cui gli ioni e gli elettroni (alias plasma) vengono prodotti nell'atmosfera superiore aumenta, causando una maggiore pressione termica che contrasta il vento solare in arrivo.
Gli ioni di nuova creazione all'interno dell'atmosfera estesa vengono anche raccolti e accelerati dai campi elettromagnetici trasportati dal vento solare. Ciò ha l'effetto di rallentarlo e di far cambiare posizione a Marte. È noto che tutto ciò è avvenuto nel corso di un singolo anno marziano - che equivale a 686.971 giorni terrestri o 668.5991 giorni marziani (sol).
Tuttavia, come si comporta per periodi di tempo più lunghi è una domanda a cui in precedenza non era stata data risposta. Pertanto, il team di scienziati europei ha consultato i dati ottenuti dal Mars Express missione per un periodo di cinque anni. Questi dati sono stati prelevati dall'analizzatore di plasma spaziale ed atomi di EneRgetic (ASPERA-3) Electron Spectrometer (ELS), che il team ha utilizzato per esaminare un totale di 11.861 attraversamenti di scosse elettriche.
Ciò che hanno scoperto è che, in media, lo shock di prua è più vicino a Marte quando è vicino ad afelio (8102 km) e più lontano al perielio (8984 km). Ciò comporta una variazione di circa l'11% durante l'anno marziano, il che è abbastanza coerente con la sua eccentricità. Tuttavia, il team voleva vedere quale (se presente) dei meccanismi precedentemente studiati era principalmente responsabile di questo cambiamento.
A tal fine, il team ha considerato le variazioni della densità del vento solare, la forza del campo magnetico interplanetario e l'irradiazione solare come cause primarie - che sono tutte declinanti man mano che il pianeta si allontana dal Sole. Tuttavia, hanno scoperto che la posizione dell'ammortizzatore di prua sembrava più sensibile alle variazioni nell'emissione di radiazioni UV estreme del Sole piuttosto che alle variazioni del vento solare stesso.
Le variazioni della distanza dell'urto di prua sembravano anche correlate alla quantità di polvere nell'atmosfera marziana. Ciò aumenta quando Marte si avvicina al perielio, facendo sì che l'atmosfera assorba più radiazioni solari e si surriscaldi. Proprio come l'aumento dei livelli di EUV porta ad una maggiore quantità di plasma nella ionosfera e nell'esosfera, una maggiore quantità di polvere sembra agire da cuscinetto contro il vento solare.
Come ha affermato Benjamin Hall, ricercatore presso la Lancaster University nel Regno Unito e autore principale dell'articolo, in un comunicato stampa dell'ESA:
"In precedenza è stato 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 dell'arco ... Tuttavia, non traggiamo ulteriori conclusioni su come le tempeste di polvere potrebbero direttamente influire sul luogo dello shock dell'arco marziano e lasciare una simile indagine a un futuro studio. "
Alla fine, Hall e il suo team non sono stati in grado di individuare alcun fattore quando affrontano il motivo per cui l'ammortizzatore di prua di Marte si sposta per periodi di tempo più lunghi. "Sembra probabile che nessun singolo meccanismo possa spiegare le nostre osservazioni, ma piuttosto un effetto combinato di tutte", ha detto. "A questo punto nessuno di loro può essere escluso."
Guardando al futuro, Hall e i suoi colleghi sperano che le future missioni aiuteranno a far luce sui meccanismi alla base di Marte che sposta la prua. Come indicato da Hall, ciò probabilmente implicherà "" indagini congiunte da parte dell'ESA Mars Express e traccia Gas Orbiter e NASA ESPERTO DI missione. I primi dati di MAVEN sembrano confermare le tendenze che abbiamo scoperto. "
Sebbene questa non sia la prima analisi che ha cercato di capire come l'atmosfera di Marte interagisce con il vento solare, questa particolare analisi si basava su dati ottenuti in un periodo di tempo molto più lungo di qualsiasi altro studio precedente. Alla fine, le molteplici missioni che stanno attualmente studiando Marte stanno rivelando molto sulle dinamiche atmosferiche di questo pianeta. Un pianeta che, a differenza della Terra, ha un campo magnetico molto debole.
Ciò che apprendiamo nel processo farà molto per garantire che le future missioni esplorative su Marte e altri pianeti che hanno deboli campi magnetici (come Venere e Mercurio) siano sicure ed efficaci. Potrebbe anche aiutarci con la creazione di basi permanenti su questi mondi un giorno!
