Infografica: tutte le missioni su (e attorno a) Marte. Clicca sull’immagine per ingrandirla. Crediti: Google Mars. Grafica: Davide Coero Borga – MediaINAF.
Siamo ai blocchi di partenza per il progetto ExoMars, la missione di esplorazione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) dedicata al pianeta Marte e volta alla ricerca di segni di vita, presente o passata, sul pianeta rosso.
ExoMars è composto in tutto da due missioni distinte. La prima verrà lanciata tra pochi giorni, lunedì 14 marzo, dal cosmodromo di Baikonur ed è costituita da una sonda orbitante, il Trace Gas Orbiter (TGO), che si occuperà dell’analisi dei gas atmosferici rimanendo in orbita attorno a Marte, e un lander, chiamato Schiaparelli, che fornirà dati fondamentali allo sviluppo delle prossime missioni marziane. La seconda partirà nel 2018, facendo tesoro delle informazioni raccolte dalla prima parte della missione. Tra gli strumenti a bordo di Schiaparelli c’è anche DREAMS (ovvero il Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface), la piccola stazione meteorologica frutto di una collaborazione tra INAF, ASI e CISAS di Padova che ha come principal investigator Francesca Esposito dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte.
Quando la prima sonda raggiungerà Marte, il prossimo ottobre, l’orbiter compirà una serie di traiettorie ellittiche, per poi assestarsi in un’orbita circolare a circa 400 km di distanza dalla superficie di Marte. Il lander Schiaparelli si staccherà dall’orbiter qualche giorno prima dell’arrivo al pianeta rosso e planerà sulla sua superficie attraversando l’atmosfera alla velocità di 21.000 km/h. Per rallentare sfrutterà l’attrito dell’atmosfera e un paracadute, mentre la frenata finale sarà garantita da un sistema propulsore dedicato.
Crediti: ESA / ATG medialab. Grafica: Davide Coero Borga – MediaINAF.
Schiaparelli dovrebbe sopravvivere sulla superficie di Marte per un tempo limitato a qualche giorno, sfruttando l’energia fornita dalle batterie a bordo. La limitazione è principalmente dovuta alle risorse di spazio all’interno del modulo, tuttavia questo tempo permetterà agli strumenti scientifici di effettuare numerose e preziose rilevazioni.
Fino ad ora sono state effettuate poche misurazioni del vento marziano dai lander che hanno esplorarto il pianeta. Queste misurazioni hanno mostrato che l’atmofera rarefatta che circonda Marte supera di rado la soglia oltre la quale i venti sono in grado di mettere in moto le particelle. Inoltre, le dune di sabbia onnipresenti sulla superficie del pianeta sembravano immobili, e si è a lungo supposto che si fossero formate nel passato, quando l’atmosfera era più densa e movimentata.
Una serie di osservazioni recenti a più alta risoluzione, come ad esempio quelle realizzate dall’esperimento HiRISE a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA, hanno rivelato che molte dune e increspature mostrano in realtà cambiamenti consistenti nel tempo. I dati mostrano che la tenue atmosfera marziana muove la sabbia delle dune a tassi non molto inferiori a quelli osservati sulla Terra.
In questo contesto scientifico è nata l’idea di proporre un esperimento come DREAMS, una stazione meteorologica autonoma, con un proprio sistema di alimentazione e controllo, da portare su Marte a bordo del lander Schiaparelli.
L’esperimento DREAMS ospitato all’interno del lander Schiaparelli. DREAMS è costituito da una serie di sensori per misurare la velocità e la direzione del vento (MetWind), l’umidità (DREAMS-H), la pressione (DREAMS-P), la temperatura atmosferica vicino alla superficie (MarsTem), la trasparenza dell’atmosfera (Solar Irradiance Sensor, SIS), e i campi elettrici atmsferici (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor; MicroARES). Crediti ESA/ATG medialab. Grafica: Davide Coero Borga.
Come aveva raccontato la stessa Francesca Esposito qualche mese fa, DREAMS effettuerà misure di temperatura, umidità, pressione, velocità e direzione del vento marziano, e potrà indagare per la prima volta aspetti poco conosciuti dell’atmosfera di Marte, come ad esempio le sue proprietà elettriche. Grazie a questo esperimento avremo a disposizione un set completo di dati che ci permetteranno di quantificare i potenziali rischi per attrezzature ed equipaggi umani.
Schiaparelli atterrerà su Marte durante la stagione in cui è statisticamente più probabile osservare le tempeste di polvere. Per testare gli strumenti è stata realizzata una campagna di raccolta dati nel deserto del Marocco, in una regione che potesse simulare al meglio le condizioni nelle quali DREAMS si troverà ad operare. I risultati di questa campagna hanno confermato i sospetti degli scienziati: esiste una forte correlazione tra la polvere messa in moto dalle turbolenze e il valore del campo elettrico dell’atmosfera.
Lo scopo principale della campagna in Marocco era lo studio della nascita e dell’evoluzione delle tempeste di polvere. Per questo gli scienziati del team DREAM hanno assemblato una stazione meteorologica dedicata al monitoraggio dei processi di trascinamento della polvere in atmosfera. La regione in cui si sono svolte le misurazioni si trova vicino a Merzouga, nella provincia di al-Rāshīdiyya, dove il terreno ha caratteristiche molto simili al suolo marziano.
Gli scienziati hanno intrapreso in tutto tre serie di test presso la stazione di Merzouga, negli anni 2012, 2013 e 2014. Il periodo scelto è quello delle tempeste di sabbia, così da rendere possibile il monitoraggio di una serie di parametri, tra cui velocità e direzione del vento a quote differenti, umidità, temperatura e campo elettrico, simulando le condizioni atmosferiche che verranno indagate su Marte. L’obiettivo dello studio era di trovare una correlazione tra le variazioni dei parametri ambientali e i movimenti di sabbia e polveri ed è stato centrato in pieno dal team guidato da Francesca Esposito. I risultati ottenuti nel deserto del Sahara hanno posto le basi per una corretta interpretazione dei dati raccolti dall’esperimento DREAMS su Marte.
Alcuni scienziati del team DREAMS posano insieme alla strumentazione utilizzata durante la campagna di rilevazione dati in Marocco. Crediti: F. Esposito
In sostanza, DREAMS ci permetterà di realizzare il primo studio dettagliato dei fenomeni elettrici nell’atmosfera marziana. Ci aspettiamo di trovare condizioni con analogie e differenze rispetto a quanto osservato a Terra, ma probabilmente il moto di polveri e sabbia dovrebbe essere il meccanismo dominante alla base della formazione di campi elettrici atmosferici. L’elettricità atmosferica è coinvolta anche in diversi processi che hanno un notevole impatto sulla superficie e l’atmosfera stessa. Durante le tempeste di polvere, le forze elettrostatiche possono risultare molto più intense di quelle aerodinamiche generate dal vento, e dominare il moto delle particelle di polvere elettricamente cariche. Questo significa anche che l’evoluzione di queste forze elettrostatiche nel tempo può avere un ruolo chiave nei processi di erosione ed evoluzione a lungo termine della superficie di Marte, nonché del suo clima. Infine, i campi elettrici in atmosfera sono in grado di eccitare gli elettroni liberi, e quindi hanno un ruolo chiave nella chimica dei materiali di superficie e nella produzione di costituenti ossidati in atmosfera. Pertanto, gli studi realizzati da DREAMS ci forniranno informazioni essenziali per quanto riguarda la sostenibilità delle condizioni favorevoli alla vita.
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Guarda su INAF-TV l’intervista a Francesca Esposito: