Sulla Terra esiste un fenomeno simile, in cui l’atmosfera sperimenta deboli emissioni di luce che impediscono al cielo di diventare completamente buio. È causato da vari processi nell’alta atmosfera, come la ricombinazione degli atomi, i raggi cosmici che ci colpiscono o l’interazione dell’ossigeno e dell’azoto con l’idrossile a poche centinaia di chilometri dalla superficie. Ora la missione ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ha osservato, per la prima volta, un bagliore notturno anche nell’atmosfera marziana. Era previsto dai modelli ma finora non era mai osservato nella luce visibile.
"Sotto un cielo sereno, il bagliore potrebbe essere abbastanza luminoso da consentire agli esseri umani di vedere e ai rover di navigare nelle notti buie", scrive l'ESA nel comunicato.
La rilevazione è stata fatta da un team internazionale di scienziati sulla base dei dati dello spettrometro Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) del TGO.
Il bagliore notturno
Il bagliore notturno atmosferico si verifica su Marte quando due atomi di ossigeno si combinano per formare una molecola di ossigeno (o ossigeno molecolare O2), a circa 50 chilometri sopra la superficie planetaria. Questi atomi hanno origine sul lato diurno, dove la luce solare eccita le molecole di anidride carbonica e le scinde nei loro elementi costituenti. Quando migrano verso il lato notturno e non sono più energizzati dal Sole, si raggruppano ed emettono luce.
"Questa emissione è dovuta alla ricombinazione degli atomi di ossigeno creati nell'atmosfera estiva e trasportati dai venti alle alte latitudini invernali, ad altitudini comprese tra 40 e 60 km nell'atmosfera marziana", spiega Lauriane Soret, ricercatrice del Laboratorio di Atmosferica e Planetaria Fisica dell'Università di Liegi, in Belgio, e parte del team che ha pubblicato la scoperta su Nature Astronomy.
Il bagliore notturno non deve essere confuso con le aurore, che si formano dall’interazione degli elettroni energetici del Sole con il campo magnetico terrestre e l’atmosfera superiore. I fenomeni aurorali si verificano anche su Marte ma, mentre questi variano nello spazio e nel tempo, i bagliori notturni sono più omogenei. Entrambi possono mostrare un’ampia gamma di colori a seconda di quali gas atmosferici sono più abbondanti a diverse altitudini. Gli astronauti osservano normalmente i bagliori notturni nell'atmosfera terrestre dalla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), scattando foto mozzafiato.
"Queste osservazioni sono inaspettate [su Marte] e interessanti per futuri viaggi sul Pianeta Rosso", afferma Jean-Claude Gérard, autore principale del nuovo studio e scienziato planetario dell'Università di Liegi.
Questa animazione descrive il processo che si ritiene sia responsabile del bagliore notturno marziano. Quando esposte alla radiazione solare ultravioletta al di sopra di un'altitudine di 70 km, le molecole di anidride carbonica – il principale costituente atmosferico dell'atmosfera di Marte – vengono divise in monossido di carbonio e atomi di ossigeno. Questi atomi di ossigeno (raffigurati come sfere rosse) vengono trasportati da una gigantesca cella di Hadley, che presenta un ramo ascendente sopra il polo estivo diurno e un ramo discendente sopra il polo invernale, che si trova nell'emisfero notturno. Gli atomi di ossigeno si ricombinano in ossigeno molecolare nel ramo discendente della cella di Hadley, ad un'altitudine di 30-50 km, emettendo radiazione infrarossa.
Crediti: ESA
Alla ricerca del bagliore verde
Il team scientifico internazionale è partito da a una precedente scoperta fatta utilizzando Mars Express, che aveva osservato il bagliore notturno nelle lunghezze d’onda degli infrarossi dieci anni fa.
Nel 2020, il Trace Gas Orbiter aveva rilevato atomi di ossigeno verde brillante in alto sopra il lato diurno di Marte, segnando la prima volta che questa emissione di luce diurna veniva osservata attorno a un pianeta diverso dalla Terra.
Questi atomi viaggiano anche verso il lato notturno e poi si ricombinano a quote inferiori, dando origine al bagliore notturno visibile rilevato nella nuova ricerca appena pubblicata.
Grazie alla sua orbita a un'altitudine di 400 chilometri, TGO è stato in grado di monitorare il lato buio del pianeta con il canale ultravioletto-visibile del NOMAD. Lo strumento, che copre una gamma spettrale che va dal vicino ultravioletto alla luce rossa, era stato orientato verso il bordo di Marte per osservare meglio l'alta atmosfera.
Il bagliore notturno funge da tracciante dei processi atmosferici. Può fornire numerose informazioni sulla composizione e la dinamica di una regione dell’atmosfera difficile da misurare, nonché informazioni sulla densità dell’ossigeno. Può anche rivelare come l’energia viene depositata sia dalla luce del Sole che dal vento solare, il flusso di particelle cariche emanate dalla nostra stella. E comprendere le proprietà dell’atmosfera di Marte non è solo interessante dal punto di vista scientifico ma è anche fondamentale per le missioni sulla superficie del Pianeta Rosso.
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