La Terra e Marte forse erano simili miliardi di anni fa ma oggi, i due pianeti appaiono molto diversi su tutti i fronti. L'atmosfera secca e fredda di Marte è composta quasi interamente da anidride carbonica mentre quella terrestre è ricca di azoto e ossigeno. La densità atmosferica marziana media è inferiore a un cinquantesimo della densità atmosferica sulla Terra ed è equivalente a quella che si trova a una quota di circa 35 chilometri sul nostro pianeta. Nonostante siano molto differenti, però, si è scoperto che i modelli delle nuvole sono sorprendentemente simili, indicando che anche i processi di formazione potrebbero avere qualcosa in comune.

Un nuovo studio approfondisce due tempeste di sabbia che si sono verificate vicino al polo nord marziano nel 2019. Le tempeste sono state monitorate durante la primavera settentrionale, un periodo in cui le tempeste locali si accumulano generalmente attorno alla calotta glaciale che si ritira.

 

Monitoraggio delle tempeste

I due eventi sono stati ripresi dalle due telecamere a bordo di Mars Express, la Visual Monitoring Camera (VMC) e la High Resolution Stereo Camera (HRSC), insieme alla telecamera MARCI a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA.

La sequenza di immagini VMC mostra che le tempeste sembrano crescere e scomparire in cicli ripetuti su un periodo di giorni, esibendo caratteristiche e forme comuni.
Le forme a spirale sono particolarmente visibili nelle viste più ampie delle immagini HRSC. Le spirali hanno una lunghezza compresa tra 1000 e 2000 chilometri e la loro origine è la stessa di quella dei cicloni extratropicali osservati alle medie latitudini della Terra e alle latitudini polari.

Le immagini rivelano che le tempeste di polvere marziane sono costituite da celle nuvolose più piccole regolarmente distanziate, disposte come grani o ciottoli. Queste formano una trama per convezione, un fenomeno fisico per cui l'aria calda sale perché è meno densa dell'aria più fresca che la circonda, che si può osservare anche sulla Terra. Nello specifico, il tipo di convezione osservato qui è chiamato convezione a celle chiuse, quando l'aria sale al centro di piccole sacche nuvolose o celle. Gli spazi di cielo intorno alle celle delle nuvole sono i percorsi attraverso i quali l'aria più fredda scende al di sotto dell'aria calda che sale.

Sulla Terra, l'aria che sale contiene acqua che si condensa formando nuvole, mentre su Marte c'è la polvere, anziché l'acqua. Il Sole riscalda l'aria carica di polvere facendola salire e formando celle polverose. Le celle sono circondate da zone di aria discendente che hanno meno polvere. Questo dà origine al modello granulare visto anche nell'immagine delle nuvole sulla Terra. La foto in apertura mette a confronto, a sinistra, una tempesta al polo nord marziano nel maggio 2019, vista dalla Visual Monitoring Camera (VMC) su Mars Express; a destra, la convezione a celle chiuse sulla Terra catturata dal satellite Meteosat-8 il 20 marzo 2020 sopra le Azzorre.

Atmosfere caotiche, modelli ordinati

Seguendo il movimento delle celle nella sequenza di immagini, è possibile misurare la velocità del vento. Il vento soffia sulle caratteristiche delle nuvole a velocità fino a 140 chilometri orari, provocando l'allungamento della forma delle celle nella direzione del vento

“Quando si pensa a un'atmosfera simile a quella di Marte sulla Terra, si potrebbe facilmente pensare a un deserto arido o a una regione polare. È piuttosto inaspettato, quindi, che attraverso il monitoraggio del movimento caotico delle tempeste di polvere, si possano tracciare parallelismi con i processi che si verificano nelle regioni tropicali umide, calde e decisamente molto diverse da Marte", ha commentato Colin Wilson, ESA's Mars Scienziato del progetto Express.

Grazie ai dati VMC è stato possibile ottenere la misurazione chiave dell'altitudine delle nuvole di polvere.
La lunghezza delle ombre che proiettano viene misurata e combinata con la posizione del Sole, che è nota, per misurare l'altezza delle nuvole sopra la superficie marziana. I risultati hanno rivelato che la polvere può raggiungere circa 6 - 11 chilometri dal suolo e le celle hanno dimensioni orizzontali tipiche di 20 - 40 chilometri.

"Nonostante il comportamento imprevedibile delle tempeste di polvere su Marte e le forti raffiche di vento che le accompagnano, abbiamo visto che nella loro complessità possono emergere strutture organizzate come i fronti e i modelli di convezione cellulare", ha detto Agustín Sánchez-Levaga dell'Universidad del País Vasco UPV/EHU (Spagna), che guida il team scientifico del VMC ed è l'autore principale di un articolo che presenta la nuova analisi.

Tale convezione cellulare organizzata non è esclusiva della Terra e di Marte. Le osservazioni dell'atmosfera venusiana di Venus Express mostrano probabilmente modelli simili.
"Il nostro lavoro sulla convezione secca di Marte è un ulteriore esempio del valore di studi comparativi di fenomeni simili che si verificano nelle atmosfere planetarie, al fine di comprendere meglio i meccanismi alla base di essi in condizioni e ambienti diversi", ha aggiunto Agustín.

Oltre a saperne di più su come "funzionano" le atmosfere planetarie, monitorare l'evoluzione delle tempeste di polvere è fondamentale per aiutare a proteggere le future missioni a energia solare e le missioni con equipaggio sul pianeta, da fenomeni così potenti.