Di recente, la missione Emirates Mars Mission (EMM) degli Emirati Arabi Uniti, chiamata informalmente Hope, ha osservato le aurore di protoni sopra Marte. Queste sono già state rilevate in passato, ma ora i nuovi dati suggeriscono per la prima volta che il vento solare interagisce con l’atmosfera superiore del Pianeta Rosso in maniera caotica e irregolare.

I risultati sono stati confrontati con quelli della missione MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) della NASA, anch’essa in orbita attorno al Pianeta Rosso e in grado di osservare le condizioni del plasma locale nell’alta atmosfera. Insieme, le due missioni hanno fornito una visione completa di ciò che sta accadendo.

Marte non ha un vero e proprio campo magnetico globale come quello terrestre, per proteggersi dal vento solare, il flusso di particelle cariche in arrivo costantemente dal Sole. Tuttavia, la sua sottile atmosfera agisce ancora come una barriera che può deviare il campo magnetico creato dal vento solare attorno al pianeta. Questa deflessione fa rallentare e accumulare il vento solare mentre copre Marte, creando una concentrazione di particelle cariche (chiamate plasma) che possono interagire con le linee di campo magnetico residue che rimangono nelle regioni della crosta di Marte.

EMUS e l’irregolarità delle aurore di protoni

La sonda Hope è arrivata in orbita attorno a Marte il 9 febbraio 2021. Da quel momento ha monitorato il Pianeta Rosso con vari strumenti, tra cui l’Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer, (EMUS).

EMUS è progettato per rilevare l’emissione ultravioletta di protoni (nuclei d’idrogeno) nell’atmosfera di Marte, eccitati dal vento solare. Con sorpresa degli scienziati, invece di vedere un bagliore uniforme a queste lunghezze d’onda ultraviolette, EMUS ha mostrato che l’emissione può spesso diventare irregolare.

Gli scienziati sapevano già che questo ambiente e la sua connessione ai campi magnetici emanati dalla superficie di Marte potevano influenzare il come, dove e quando l’idrogeno e l’ossigeno fuoriuscivano nello spazio. Ora sembra che possa anche influenzare la posizione e l’intensità delle aurore di protoni, che si creano quando il campo magnetico trasportato dal vento solare si allinea con le linee del campo magnetico provenienti dalla superficie di Marte, lungo le quali viaggiano i protoni.

Cosa significa questa irregolarità?

Nel 2018, la missione MAVEN della NASA aveva già rivelato le aurore di protoni su Marte, solo come un bagliore uniforme sul lato diurno del pianeta. L’elevata risoluzione spaziale di EMUS è stata invece in grado di rilevare irregolarità che coincidono con condizioni meteorologiche turbolente nello spazio.

La diversa estensione e posizione delle aurore protoniche irregolari potrebbe indicare condizioni diverse nell’ambiente del plasma intorno a Marte, risultanti dalle variazioni del vento solare e persino dalla stagione marziana. Sebbene non siano stati ancora rilasciati nuovi risultati, l’estate 2022 ha coinciso con l’estate nell’emisfero meridionale di Marte e si prevedeva che avrebbe prodotto un gran numero di aurore di protoni.

Di seguito, un diagramma che mostra come si formano le aurore di protoni. Normalmente, come vediamo nel diagramma in alto (normal proton aurora), le particelle cariche del vento solare fluiscono attorno al Pianeta Rosso, e solo poche di queste interagiscono con gli atomi di idrogeno nell’atmosfera superiore estesa. Quando le aurore protoniche diventano irregolari (patchy proton aurora), come si vede in basso, il campo magnetico del vento solare è allineato con la direzione del flusso di protoni nell’atmosfera superiore, risultando in un oceano di plasma pieno di chiazze turbolente.

La sfida delle aurore su Marte

Per la prima volta, EMUS è riuscito a osservare e tracciare una visione globale della variabilità spaziale delle aurore di protoni su Marte. “La nostra scoperta di queste aurore protoniche irregolari aggiunge un nuovo tipo di eventi alla lunga lista di quelli attualmente studiati da EMM. Sfida le nostre opinioni esistenti su come si formano le aurore protoniche sul lato diurno di Marte” ha affermato Al Matroushi, scienziato capo di Hope. “L’accesso ai dati di MAVEN è stato essenziale per inserire queste nuove osservazioni in un contesto più ampio. Insieme, stiamo spingendo i confini per la nostra conoscenza esistente non solo di Marte, ma delle interazioni planetarie con il vento solare”.

Le stesse misurazioni con più punti di osservazione (multi-vantage-point) si sono già dimostrate una risorsa nella ricerca terrestre ed eliofisica. Su Marte, più di mezza dozzina di orbiter stanno attualmente effettuando osservazioni scientifiche. Con l’emisfero meridionale in piena estate, periodo in cui l’aurora protonica è notoriamente più attiva, le osservazioni multi-vantage-point saranno fondamentali per capire come si formano questi eventi.

Lo studio basato sui dati EMUS, pubblicato su Geophysical Research Letters, è reperibile qui.

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