I dust devil danzano nei venti impetuosi di Marte

Analizzando 20 anni di immagini dalle sonde Mars Express e ExoMars Trace Gas Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea, gli scienziati hanno seguito 1039 vortici simili a tornado per rivelare come la polvere venga sollevata nell’aria e trasportata sulla superficie di Marte. Pubblicati oggi su Science Advances, i risultati, incluso il fatto che i venti più forti su Marte soffiano molto più velocemente di quanto si pensasse, ci offrono un quadro molto più chiaro del meteo e del clima del Pianeta Rosso.

E con questi “diavoli di polvere” raccolti in un unico catalogo pubblico, questa ricerca è solo l’inizio. Oltre alla scienza pura, sarà utile per pianificare missioni future, ad esempio prevedendo l’accumulo della fastidiosa polvere sui pannelli solari dei nostri rover robotici.

Osserviamo i “dust devil” da decenni con rover e orbiter marziani. Questa ricerca fa un grande passo avanti, essendo la prima a seguire il moto di così tanti di questi vortici per scoprire esattamente come si spostano sulla superficie di Marte.

Lo studio è stato guidato da Valentin Bickel dell’Università di Berna in Svizzera. Il catalogo è il primo in assoluto a includere le velocità e le direzioni di movimento dei diavoli di polvere su tutto Marte.

“I diavoli di polvere rendono visibile il vento normalmente invisibile”, spiega Bickel. “Misurando la loro velocità e direzione di movimento abbiamo iniziato a mappare i venti su tutta la superficie di Marte. Questo prima era impossibile perché non avevamo abbastanza dati per effettuare questo tipo di misurazioni su scala globale”.

Marte e la polvere

Marte è un pianeta drammatico, con vasti vulcani e profondi crateri. Perché dovremmo concentrarci su qualcosa di apparentemente noioso come la polvere? La polvere può schermare il Sole mantenendo più fresche le temperature diurne e agire come una coperta per mantenere più calde le temperature notturne. Le particelle di polvere possono fungere da nuclei per la formazione di nubi, mentre le tempeste di polvere possono persino costringere il vapore acqueo a fuggire nello Spazio.

A differenza della Terra, dove viene lavata via dalla pioggia, la polvere può restare a lungo nell’atmosfera di Marte, trasportata in giro per tutto il pianeta. Per comprendere meglio il clima di Marte, gli scienziati vogliono capire quando, dove e come la polvere venga sollevata dalla superficie nell’atmosfera.

Più dati, un quadro migliore

Per questo nuovo studio, i ricercatori hanno addestrato una rete neurale a riconoscere i diavoli di polvere e quindi a setacciare le immagini scattate da Mars Express dal 2004 e da TGO ExoMars dal 2016, costruendo un catalogo di 1039 vortici.

La mappa sopra mostra le posizioni di tutti i 1039 diavoli di polvere e la direzione di movimento di 373 di essi. Conferma che, sebbene i diavoli di polvere si trovino in tutto Marte, persino sui suoi vulcani torreggianti, molti vengono sollevati da particolari “regioni sorgente”. Ad esempio, molti erano concentrati in Amazonis Planitia (in alto a sinistra della mappa), una vasta area di Marte ricoperta da un sottile strato di polvere e sabbia.

Tracciando la velocità dei dust devil, i ricercatori hanno trovato venti fino a 44 m/s, ovvero 158 km/h. È più veloce di quanto abbiamo mai misurato con i rover al suolo, anche se va notato che l’aria marziana è così rarefatta che un essere umano difficilmente noterebbe un vento di 100 km/h su Marte.

I ricercatori hanno scoperto che, nella maggior parte dei casi, i diavoli di polvere venivano trasportati attraverso il paesaggio più rapidamente di quanto previsto dagli attuali modelli meteorologici marziani. Nei luoghi in cui le velocità del vento sono più alte del previsto, potrebbe essere sollevata dal suolo più polvere di quanto immaginassimo.

Come la Terra, Marte ha stagioni. Il catalogo evidenzia anche che i diavoli di polvere sono più comuni in primavera ed estate in ciascun emisfero. Durano pochi minuti e si verificano tipicamente durante il giorno, con un picco tra le 11 e le 14 dell’ora solare locale.

Ciò è molto simile a quanto osserviamo sulla Terra, dove i diavoli di polvere sono più comuni in luoghi aridi e polverosi nella tarda mattinata o nel primo pomeriggio durante i mesi estivi.

Quadro migliore, esplorazione più sicura

Questo tipo di visione d’insieme richiede molti dati, che non possono essere raccolti dai soli rover e lander. Finora i nostri modelli climatici di Marte si sono basati sui dati limitati delle missioni, che non coprono realmente gran parte della superficie del pianeta.

Grazie a questo studio, ora abbiamo molte nuove misurazioni da tutto Marte, che aiutano a informare e affinare i modelli. Ciò migliora la nostra comprensione e le nostre previsioni dei modelli di vento sul Pianeta Rosso.

“Le informazioni su velocità e direzioni del vento sono anche molto importanti quando si pianifica l’arrivo di futuri lander e rover su Marte”, afferma Bickel. “Le nostre misurazioni potrebbero aiutare gli scienziati a costruire una comprensione delle condizioni del vento in un sito di atterraggio prima del touchdown, il che potrebbe aiutarli a stimare quanta polvere potrebbe depositarsi sui pannelli solari di un rover, e quindi con quale frequenza dovrebbero autopulirsi”.

Stiamo già utilizzando le informazioni sulla polvere per pianificare le nostre missioni future. Il rover ExoMars Rosalind Franklin è dovrebbe atterrare su Marte nel 2030 per evitare l’arrivo durante la stagione delle tempeste di polvere globali del pianeta.

Bickel sottolinea che “questo catalogo di tracce di diavoli di polvere è già pubblico e chiunque può usarlo per le proprie ricerche. Altri dati vengono aggiunti col tempo, Mars Express ed ExoMars TGO stanno raccogliendo nuove immagini ogni giorno”. “Ora che sappiamo dove di solito si verificano i diavoli di polvere, possiamo dirigere più immagini esattamente verso quei luoghi e momenti. Stiamo anche coordinando le missioni per riprendere gli stessi diavoli di polvere nello stesso momento, così da poter confrontare le misurazioni dei movimenti e validare i dati”.

Dal rumore alla scoperta

Mars Express ed ExoMars TGO non erano in realtà progettati per misurare la velocità dei venti su Marte. Il team di Bickel ha sfruttato una caratteristica normalmente indesiderata dei dati per tracciare i diavoli di polvere.

Per entrambe le sonde, una singola immagine viene creata combinando viste da canali separati (ogni canale osserva Marte in un colore specifico o da una direzione specifica – o entrambi). Per progettazione, c’è un piccolo ritardo tra le viste. Questo ritardo non crea problemi finché la superficie è statica, ma può causare lievi “spostamenti di colore” nell’immagine finale ogni volta che qualcosa si muove, come nubi e diavoli di polvere. Questi spostamenti erano esattamente ciò che i ricercatori cercavano, nelle parole di Bickel: “Ebbiamo trasformato il rumore delle immagini in misurazioni scientifiche preziose”.

Una sequenza di immagini di Mars Express combina fino a 9 canali presi con un ritardo di circa 7–19 secondi tra ciascuno. Durante questi ritardi, ogni dust devil che passa sotto si sposta di una breve distanza, permettendo ai ricercatori di misurarne la velocità. Poiché in questo studio sono stati usati cinque canali separati, il team è riuscito persino a vedere quanto il diavolo di polvere oscillasse da sinistra a destra, oltre a come la sua velocità cambiasse nel tempo.

“È fantastico vedere i ricercatori usare Mars Express ed ExoMars TGO per ricerche totalmente inattese”, afferma Colin Wilson, scienziato di progetto ESA per entrambe le missioni. “La polvere influisce su tutto su Marte, dalle condizioni meteorologiche locali a quanto bene possiamo acquisire immagini dall’orbita. È difficile sottovalutare l’importanza del ciclo della polvere”.