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Mars Express fa luce sulle aurore ultraviolette di Marte

Le aurore su Marte rilevate da Mars Express.
Le aurore su Marte rilevate da Mars Express. Basato sui dati J-C. Gérard et al (2015)

Sembra essere un buon periodo per parlare di aurore! Alle recenti rivelazioni sull'atmosfera marziana per merito della sonda della NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), nuovi documenti basati sui dati dalla sonda dell'ESA Mars Express fanno luce sulle aurore ultraviolette del Pianeta Rosso.

Sulla Terra le aurore sono spettacolari giochi di luce nel cielo alle alte latitudini, settentrionali o meridionali.
Vengono chiamate aurore boreali o australi, oppure semplicemente aurore polari.
Si formano a causa dell'interazione delle particelle cariche provenienti dal Sole con la ionosfera terrestre, ossia la fascia di atmosfera compresa tra 100 e 500 chilometri di quota.

Protoni ed elettroni arrivano con il vento solare: parte di essi "scivolano" sulla magnetosfera e proseguono oltre, altri riescono a penetrare fino alla ionosfera nel punto in cui il nostro campo magnetico è più forte, ossia ai poli. Questa interazione eccita le particelle cariche degli strati superiori dell'atmosfera terrestre che si "accendono" per ionizzazione: lo scambio di elettroni tra gli atomi genera energia sotto forma di fotoni nello spettro visibile, ossia luce. I diversi colori che vediamo dipendono dai gas interessati nel processo: ognuno risponde ad una caratteristica lunghezza d'onda e quindi produce un colore specifico. Dato che l'atmosfera terrestre è composta in prevalenza da ossigeno ed azoto, i colori predominanti sono tendenzialmente verde e rosso ma possiamo trovare anche sfumature blu o viola.

Tuttavia, le aurore non si verificano solo sulla Terra ma risplendono anche su altri pianeti del nostro Sistema Solare e probabilmente anche in altri sistemi planetari. Le abbiamo osservate su Giove e Saturno che hanno campi magnetici molto forti (la sonda della NASA Cassini ne ha ripresa una al polo sud di Saturno proprio qualche giorno fa), ma anche su pianeti privi di campo magnetico, come Venere e Marte.

Marte non ha un campo magnetico globale per cui, le particella cariche provenienti dal Sole colpiscono direttamente l'atmosfera creando ionizzazione: "non c'è una posizione speciale per le aurore, possono accadere ovunque", questo era stato uno degli ultimi risultati presentati dal team della missione MAVEN il 5 novembre. Ma il Pianeta Rosso ha una sorta di "ombrelli magnetici" residui locali principalmente collocati negli altopiani del sud che aumentano le probabilità di aurore in quei punti.

Quando Mars Express arrivò in orbita attorno al pianeta nel 2003, fu la prima sonda ad osservare in ultravioletto le luci notturne su quelle regioni.
Ora, con più di dieci anni di osservazioni alle spalle, gli scienziati hanno mappato le emissioni aurorali, analizzando in dettaglio come e dove si formano.

"Le aurore ultraviolette sono fenomeni rari e transitori: durano solo pochi secondi. Anche se Mars Express è passata sopra lo stesso posto molte volte, le rilevazioni effettuate una volta in un dato luogo non sembrano ripetersi in tempi successivi", ha detto Lauriane Soret dell'Università di Liegi, autore principale dello studio pubblicato sulla rivista Icarus.

Mars Express - aurore su Marte

Su un totale di 113 orbite sul lato notturno del pianeta, 9 hanno mostrato segni di aurore, con alcune manifestazioni multiple per uno stesso passaggio, portando il totale a 16 rilevamenti.
Mars Express ha monitorato la loro luminosità ed altezza, stabilendo un'altitudine media di 137 chilometri.
La sonda ha anche misurato l'energia degli elettroni che colpiscono l'atmosfera nella posizione del veicolo spaziale.

Grazie alla combinazione di queste osservazioni, gli scienziati hanno scoperto che le aurore appaiono solo in condizioni particolari, vicino al confine dove si interrompono le linee del campo magnetico. Inoltre, uno spostamento inaspettato tra la posizione delle raffiche di elettroni e le manifestazioni aurorali ha indicato che le linee del campo magnetico possono essere inclinate rispetto alla verticale: "sembra che le emissioni siano controllate da una speciale forma del campo magnetico locale", ha spiegato Jean-Claude Gérard, sempre dell'Università di Liegi, autore principale di un altro documento pubblicato sulla rivista Journal of Geophysical Research: Space Physics.

SPICAM observations and modeling of Mars aurorae [abstract]
Martian aurorae have been detected with the SPICAM instrument on board Mars Express both in the nadir and the limb viewing modes. In this study, we focus on three limb observations to quantify both the altitudes and the intensities of the auroral emissions. The CO (a3Π - X1Σ) Cameron bands between 190 and 270 nm, the CO (A1Π - X1Σ+) Fourth Positive system (CO 4P) between 135 and 170 nm, the CO2+ (B2Σu+ - X2Πg) doublet at 289 nm, the OI at 297.2 nm and the 130.4 nm OI triplet emissions have been identified in the spectra and in the time variations of the signals. The intensities of these auroral emissions have been quantified and the altitude of the strongest emission of the CO Cameron bands has been estimated to be 137±27 km. The locations of these auroral events have also been determined and correspond to the statistical boundary of open-closed magnetic field lines, in cusp-like structures. The observed altitudes of the auroral emissions are reproduced by a Monte-Carlo model of electron transport in the Martian thermosphere for mono-energetic electrons between 60 and 200 eV.
No correlation between electron fluxes measured in the upper thermosphere and nadir auroral intensity has been found. Here, we simulate auroral emissions observed both at the limb and at the nadir using electron energy spectra simultaneously measured with the ASPERA-3/ELS instrument. The simulated altitudes are in very good agreement with the observations. We find that predicted vertically integrated intensities for the various auroral emissions are overestimated, probably as a consequence of the inclination and curvature of the magnetic field line threading the aurora. However, the relative brightness of the CO and CO2+ emissions is in good agreement with the observations.

Concurrent observations of ultraviolet aurora and energetic electron precipitation with Mars Express [abstrat]
The database of the Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars (SPICAM) instrument between late January 2004 and Mars 2014 has been searched to identify signatures of CO Cameron and CO2+ doublet ultraviolet auroral emissions. This study has almost doubled the number of auroral detections based on SPICAM spectra. Auroral emissions are located in the vicinity of the statistical boundary between open and closed field lines. From a total of 113 nightside orbits with SPICAM pointing to the nadir in the region of residual magnetic field, only nine nightside orbits show confirmed auroral signatures, some with multiple detections along the orbital track, leading to a total of 16 detections. The mean energy of the electron energy spectra measured during concurrent Analyzer of Space Plasma and Energetic Atoms/Electron Spectrometer observations ranges from 150 to 280 eV. The ultraviolet aurora may be displaced poleward or equatorward of the region of enhanced downward electron energy flux by several tens of seconds and shows no proportionality with the electron flux at the spacecraft altitude. The absence of further UV auroral detection in regions located along crustal magnetic field structures where occasional aurora has been observed indicates that the Mars aurora is a time-dependent feature. These results are consistent with the scenario of acceleration of electrons by transient parallel electric field along semiopen magnetic field lines.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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