Il nostro Sole rilascia costantemente un flusso di particelle cariche ad alta velocità, noto come vento solare. A differenza della Terra, Marte non possiede un forte campo magnetico globale che protegga la sua atmosfera da questo flusso. Di conseguenza, il vento solare può interagire direttamente con l’atmosfera superiore di Marte e rimuovere gradualmente le particelle atmosferiche, disperdendole nello spazio. Un nuovo studio, condotto dalla Boston University e pubblicato sulla rivista Science Advances, ha scoperto che questo processo di rimozione può avvenire in modo simile al vento che soffia sulla superficie dell’acqua. Sulla Terra, il vento può generare onde e vortici sulla superficie dell’acqua. Su Marte, il vento solare può analogamente “agitare” il confine dell’atmosfera superiore del pianeta e generare grandi onde di confine, note come onde di Kelvin-Helmholtz.
Lo studio
Il primo autore, Chi Zhang, ricercatore presso il Center for Space Physics della Boston University, una collaborazione tra il College of Arts & Sciences e il College of Engineering della BU, e un team di ricercatori hanno utilizzato le osservazioni delle missioni MAVEN e Tianwen-1 per lo studio. Tianwen-1 ha funzionato come monitor del vento solare, mentre MAVEN ha osservato gli ioni atmosferici in fuga vicino a Marte, consentendo ai ricercatori di correlare direttamente le condizioni del vento solare a monte in tempo reale con la fuga di ioni atmosferici su Marte.
Il vento solare e la fuga atmosferica su Marte
Grandi nubi di plasma nell’alta atmosfera marziana facilitano la “fuga di massa” degli ioni atmosferici. Zhang ha spiegato che, sebbene in passato fossero stati proposti diversi meccanismi per spiegare la formazione di queste nubi, la loro origine rimaneva poco chiara a causa della mancanza di prove osservative dirette. Una delle principali difficoltà nel collegare il vento solare alla fuga atmosferica su Marte era che una singola sonda spaziale non poteva misurare simultaneamente sia il vento solare indisturbato a monte sia gli ioni atmosferici in fuga vicino a Marte.
In uno studio precedente pubblicato su Nature Communications, Zhang e colleghi hanno dimostrato che le osservazioni simultanee di MAVEN e Tianwen-1 potevano collegare direttamente le variazioni del vento solare a monte all’ambiente spaziale marziano. Basandosi su queste osservazioni effettuate da due sonde, il nuovo studio ha identificato le onde di Kelvin-Helmholtz come un meccanismo chiave che guida la fuga di ioni atmosferici.
I risultati dello studio
Zhang e colleghi hanno fornito prove inequivocabili che queste nubi di plasma sono generate dalle onde di Kelvin-Helmholtz. Hanno inoltre dimostrato che questo processo non avviene in modo uniforme attorno al pianeta. “Si osserva invece principalmente su un lato del pianeta, a seconda della direzione del campo elettrico del vento solare”, ha affermato Zhang. Questi risultati stabiliscono un collegamento diretto tra le onde di Kelvin-Helmholtz e l’aumento della fuga di ioni atmosferici da Marte.
La ricerca futura
“Le ricerche future si concentreranno sull’identificazione delle condizioni che favoriscono la formazione e la crescita delle onde di Kelvin-Helmholtz e sulla determinazione del loro contributo alla fuga atmosferica da Marte“, ha osservato Zhang. Ulteriori studi richiederanno un maggior numero di osservazioni da parte di sonde spaziali e simulazioni numeriche avanzate. Con la fase conclusiva della missione MAVEN, “la sua ricca eredità scientifica sarà arricchita dalla missione ESCAPADE della NASA, già lanciata, che offrirà una nuova importante opportunità per studiare la perdita atmosferica su Marte causata dal vento solare”, ha concluso Zhang.
“Vogliamo capire quando è più probabile che queste onde si formino, come si evolvono e con quanta forza possono guidare la fuga atmosferica”, ha affermato Chuanfei Dong, membro della facoltà del Centro di Fisica Spaziale della Boston University e professore assistente di astronomia presso il College of Arts & Sciences. “Questo processo potrebbe verificarsi anche su altri pianeti privi di un forte campo magnetico, inclusi alcuni esopianeti”. “Si ritiene che Marte un tempo fosse potenzialmente abitabile, con un’atmosfera più densa e acqua liquida in superficie. Capire come sia diventato il pianeta freddo e arido che vediamo oggi è importante per comprendere come si evolvono gli ambienti planetari nel tempo“, ha aggiunto Zhang.