Marte è un pianeta polveroso dominato da vasti deserti aridi, privo di fonti di acqua liquida facilmente accessibili. Proprio come sulla Terra, la polvere viene sollevata dalla superficie di Marte dal vento e dalle colonne d’aria rotanti, trasportata attraverso l’atmosfera e depositata nuovamente sulla superficie del pianeta tramite sedimentazione. Il ciclo della polvere marziana è regolato da molteplici fattori, tra cui le interazioni tra la superficie planetaria e l’atmosfera, le variazioni stagionali e la formazione di enormi tempeste di polvere che possono estendersi in tutto il globo.
Prevedere le tempeste di polvere per le missioni su Marte
Affinché gli esseri umani possano visitare o abitare con successo su Marte, è fondamentale prevedere con precisione il ciclo della polvere marziana e le tempeste di polvere su larga scala: ciò consentirà agli ingegneri di pianificare finestre di lancio critiche per le missioni in condizioni ottimali.
Per affrontare questo problema, un team di scienziati dell’Istituto di Fisica Atmosferica (IAP) dell’Accademia Cinese delle Scienze ha recentemente condotto una simulazione cinquantennale del ciclo della polvere marziana utilizzando il Global Open Planetary Atmospheric Model for Mars (GoMars). Questo nuovo modello è in grado di prevedere le caratteristiche chiave del ciclo della polvere marziana e le tempeste di polvere su scala globale.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advances in Atmospheric Sciences.
Validazione del modello e risultati della simulazione
“Il ciclo della polvere marziana è un sistema complesso con una significativa variabilità diurna, stagionale e interannuale. Simulare accuratamente questo ciclo rimane un obiettivo fondamentale, e una sfida importante, nello sviluppo e nel perfezionamento dei modelli di circolazione generale di Marte (MGCM), che supporteranno le future missioni di esplorazione marziana della Cina”, ha affermato Liu Shuai, dottorando presso l’IAP e primo autore dello studio.
Per convalidare la simulazione del ciclo della polvere, i ricercatori hanno confrontato le previsioni atmosferiche del modello con i dati del Mars Climate Database (MCD) e le osservazioni del Mars Climate Sounder (MCS). Per i periodi in cui i dati atmosferici non erano disponibili per il confronto, le previsioni di GoMars sono state confrontate con altri MGCM disponibili (ad esempio, MarsWRF). I risultati hanno mostrato che GoMars ha replicato in modo coerente i pattern stagionali e spaziali del ciclo della polvere.
In particolare, la simulazione cinquantennale ha catturato con successo la variabilità multi-scala temporale del ciclo della polvere marziana. Ha inoltre dimostrato la capacità del modello di riprodurre in modo coerente e realistico l’irregolarità delle tempeste di polvere globali (come osservate) e i processi evolutivi di specifici tipi di tempeste di polvere globali: due sfide di lunga data e priorità chiave nella modellazione atmosferica marziana internazionale.
Risultati chiave e miglioramenti futuri
Ad esempio, la simulazione ha previsto che il picco di sollevamento dei dust devil (DDL) – la quantità massima di polvere che le colonne d’aria calda e vorticosa possono sollevare dalla superficie di Marte nell’atmosfera – si verifichi tra le 12:00 e le 13:00 ora locale, in linea con le misurazioni della missione Mars Pathfinder. GoMars ha anche identificato con precisione la posizione di un’intensa attività dei dust devil in Amazonis, una regione nota come uno dei principali hotspot dei dust devil su Marte.
Tuttavia, la versione attuale del GoMars MGCM non è ancora perfetta e il team ha individuato aree in cui migliorare le sue simulazioni del ciclo della polvere.
“Il nostro prossimo passo si concentrerà sul miglioramento della risoluzione del modello, ottimizzandone costantemente il nucleo dinamico e le parametrizzazioni fisiche“, ha affermato il Prof. Dong Li, coautore dello studio. “I miglioramenti chiave includeranno l’integrazione di dati più realistici sulle fonti di polvere e sabbia superficiali, il perfezionamento della rappresentazione dei processi fisici correlati alla polvere e l’espansione del modello per simulare il ciclo dell’acqua marziano”.
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