Di recente, la missione ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) dell’ESA ha collaborato con l’orbiter Mars EXpress (MEX), sempre europeo, in orbita attorno a Marte, per indagare su aree dell’atmosfera marziana che in precedenza erano impossibili da sondare.

Utilizzando una tecnica innovativa dell’occultazione radio reciproca tra due sonde, finora usata su Marte solo tre volte prima dalla NASA e solo per delle dimostrazioni, i due veicoli sono riusciti a misurare le caratteristiche dell’atmosfera inferiore e della ionosfera marziane.

I risultati delle prime 83 misurazioni, analizzati da ricercatori dell’Imperial College di Londra e dell’ESA, sono pubblicati ieri. “Questa tecnica probabilmente cambierà le regole del gioco per le missioni future” ha affermato l’autore principale dello studio, lo studente PhD Jacob Parrot dell’Imperial College. “Dimostrando che l’occultazione radio reciproca tra due veicoli spaziali in orbita è un modo economico per estrarre più valore scientifico dalle apparecchiature esistenti”.

L’occultazione radio tradizionale

Di solito, l’occultazione radio viene condotta utilizzando il collegamento radio da un orbiter di Marte a grandi stazioni terrestri sulla Terra. Il segnale radio dall’orbiter viene monitorato mentre la navicella spaziale si sposta dietro Marte, ovvero ne è occultata, così il segnale passa attraverso gli strati dell’atmosfera del pianeta.

Ciò però significa che la posizione di misurazione è fissa, rispetto al lento movimento della Terra. Cosa che rende difficile catturare i cambiamenti globali su Marte, poiché i ricercatori spesso osservano gli stessi punti.

Inoltre, con metodo si possono raccogliere dati solo in prossimità del tramonto e dell’alba, a causa della vicinanza della Terra al Sole. Ciò limita la nostra visione complessiva dell’atmosfera di Marte.

E infine, le misurazioni sono possibili solo per pochi mesi all’anno a causa dell’orbita della sonda. Ad esempio, Mars Express ha potuto eseguire l’occultazione radio con la Terra solo per due mesi nel 2022.

L’occultazione radio tra sonde

Utilizzare due sonde orbitanti per effettuare questa misurazione è già un metodo comune per studiare l’atmosfera terrestre: migliaia di misurazioni di questo tipo vengono effettuate tra satelliti di navigazione globali, dove i dati forniti vengono utilizzati per il monitoraggio atmosferico e le previsioni meteorologiche.

Finora solo la NASA aveva testato questo metodo anche su Marte, e l’aveva fatto come dimostrazione hardware. Quindi questo nuovo utilizzo da parte delle due sonde spaziali dell’ESA segna la prima volta che questa tecnica è stata applicata di routine a un altro pianeta.

Nella pratica, TGO e MEX sono rimasti in collegamento radio, in modo che quando uno dei due passava dietro il pianeta, le onde radio tagliassero gli strati più profondi dell’atmosfera marziana. I cambiamenti nella rifrazione dell’atmosfera, ovvero il modo in cui piega le onde radio, causano spostamenti minuscoli ma rilevabili nelle frequenze radio ricevute dalla sonda.

Analizzando questo spostamento, gli scienziati possono determinare la densità dell’atmosfera inferiore e la densità degli elettroni nella ionosfera, uno strato superiore carico dell’atmosfera. La tecnica è chiamata occultazione radio reciproca.

Un metodo approvato

I sistemi su MEX e TGO non erano stati inizialmente progettati per fare questo: le antenne radio erano state realizzate per la comunicazione tra orbiter e rover sulla superficie del pianeta, non con altre missioni. Sono quindi state riprogrammate durante il volo per svolgere questo nuovo compito.

Ora che ne è stata dimostrata la fattibilità, gli scienziati e gli ingegneri che hanno lavorato a questo progetto stanno valutando come estendere l’uso di questa tecnica alle future missioni su Marte. Infatti, l’occultazione radio reciproca supera i problemi di quella tradizionale, consentendo per la prima volta ai ricercatori di esplorare l’intera profondità della ionosfera di Marte intorno a mezzogiorno e mezzanotte.

Colin Wilson, Project Scientist di ExoMars TGO e Mars Express, ha affermato: “Attualmente ci sono sette veicoli spaziali in orbita attorno a Marte; con l’aumento del numero di veicoli spaziali, come avverrà nei prossimi decenni, il numero di opportunità di occultazione radio aumenta rapidamente. Pertanto, questa tecnica sarà uno strumento sempre più importante per studiare Marte”.

I risultati, pubblicati in uno studio sulla rivista Radio Science, sono reperibili qui.