Tempesta di polvere su Marte. La foto risale al 2007 ed è stata scattata dal Mars Reconnaissance Orbiter della Nasa. I solchi che si vedono nelle nuvole di ghiaccio d’acqua vicino alla regione polare sono prodotti da oscillazioni di pressione o temperatura caratteristiche delle onde di gravità. Onde probabilmente prodotte, a loro volta, dal vento che soffia sulla cresta di un cratere. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Msss
Proprio come sulla Terra, anche su Marte ci sono venti, nuvole, neve (i cui fiocchi sono composti di anidride carbonica) ma anche fenomeni meteorologici più esotici – come le tempeste di sabbia che coprono interamente il pianeta. L’atmosfera di Marte è molto più rarefatta di quella della Terra, caratterizzata com’è da una pressione pari a circa un centesimo di quella terrestre, motivo per cui sulla superficie marziana possono svilupparsi enormi tempeste di polvere. In vista di future missioni spaziali su Marte, è sempre più importante riuscire a capire e prevedere il comportamento della sua atmosfera e riuscire a fare vere e proprie previsioni meteorologiche.
In uno studio pubblicato lo scorso febbraio su Journal of Geophysical Research si è tenuto conto per la prima volta anche delle “onde di gravità” per spiegare alcune discrepanze tra le osservazioni e i modelli teorici dell’atmosfera di Marte. Diversi studi sull’atmosfera di Marte avevano già riportato intense fluttuazioni di densità e temperatura sotto forma di una struttura ondulata prodotta –probabilmente – dalle “onde di gravità”, che pare svolgano un ruolo cruciale nell’atmosfera marziana.
Ci spiega meglio di cosa si tratta Gabriella Gilli, ricercatrice all’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço e prima autrice dello studio. Nata a Bari, Gilli ha lavorato a lungo in Francia e in Spagna prima di stabilirsi in Portogallo, a Lisbona. Esperta di atmosfere planetarie, in particolare di Venere e Marte, ha vinto una borsa “Marie Curie” con il progetto “Hot-Tea” (Hot Terrestrial Exoplanet Atmospheres) per sfruttare Venere come “laboratorio naturale” per studiare nuovi mondi. Nel tempo libero si dedica agli sport all’aria aperta, balla il lindy-hop e cura un piccolo orticello vicino all’osservatorio.
Che atmosfera è, quella di Marte?
«L’atmosfera del Pianeta rosso è un sistema complesso, governato da processi fisici, chimici e dinamici molto specifici. I cicli “diurni” e stagionali, combinati con una topografia estrema e molto diversificata, rendono il clima marziano piuttosto variabile nel tempo e nello spazio. Queste variazioni possono essere simulate e previste utilizzando strumenti teorici sofisticati e simulazioni numeriche 3D molto simili a quelle che si usano per prevedere il tempo sulla Terra. Abbiamo ancora molto da imparare sull’atmosfera del nostro pianeta vicino, e in particolare sugli strati atmosferici più alti, dove la densità dell’aria è così bassa che è molto difficile ottenere misure dirette delle variabili atmosferiche come temperatura, densità e venti».
Perché è importante studiare l’atmosfera di Marte?
«Non sappiamo molto sulle regioni atmosferiche di Marte al di sopra dei cinquanta chilometri di quota, perché non abbiamo misure sufficienti per caratterizzarle, e in ogni caso quelle che abbiamo a disposizione sono molto incerte. La densità dell’aria nell’alta atmosfera marziana è talmente bassa che risulta molto difficile ottenere misure dirette dei venti o della temperatura. I risultati dei modelli teorici sono per il momento l’unico mezzo che abbiamo per comprendere i processi fisici e dinamici che avvengono a quelle quote, che sono proprio l’oggetto di questo studio».
Gabriella Gilli, prima autrice dello studio pubblicato su Journal of Geophysical Research
Quali modelli utilizzate?
«I Global Climate Models sono i modelli teorici che forniscono agli scienziati una rappresentazione quanto più realistica e affidabile del sistema climatologico marziano. Il modello teorico 3D che ho utilizzato finora è stato sviluppato presso il Laboratoire de Meteorologia Dynamique, in Francia, e viene continuamente migliorato da numerosi collaboratori sparsi per il mondo».
Cosa c’è di nuovo nello studio appena uscito?
«Il mio principale contributo in questo lavoro è stato quello di includere nel modello uno schema innovativo per simulare la propagazione delle onde atmosferiche attraverso l’atmosfera. Questo studio ha contribuito a confermare il forte impatto della propagazione di un tipo di onde atmosferiche – le onde di gravità, appunto – nella circolazione atmosferica marziana, e ha anche dimostrato che queste onde controllano le maree diurne nella maggior parte delle stagioni su Marte. In questo studio ci siamo concentrati sul confronto tra simulazioni 3D e osservazioni dello strumento Mars Climate Sounder a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter. L’inclusione delle onde di gravità nel nostro modello fornisce una spiegazione fisica plausibile per alcune delle rimanenti discrepanze riscontrate tra le misure di Mars Climate Sounder e le simulazioni, in particolare per quanto riguarda l’ampiezza e l’intensità delle maree diurne».
Marte ha le maree?
«Le maree diurne marziane sono oscillazioni periodiche dell’atmosfera dovute alla differenza di temperatura tra il giorno e la notte. Su Marte queste maree hanno un effetto sulla dinamica atmosferica ancora più spiccato che sulla Terra».
E le onde di gravità? Noi di solito sentiamo parlare di onde gravitazionali…
«Le gravity waves (da non confondersi infatti con le gravitational waves!) sono molto frequenti anche nell’atmosfera terrestre, e sono osservate anche su Marte e Venere. Sono piccole fluttuazioni di densità o di temperatura che si verificano in qualsiasi ambiente fluido – nel nostro caso, in un gas come l’atmosfera. Sono chiamate onde di gravità perché è la forza di gravità che ripristina l’equilibrio dopo la perturbazione dalla posizione di stabilità. I “disturbi” possono essere di diversi tipi: dipendono dalla topografia del pianeta, cioè dalla presenza di una montagna, da cellule convettive o da jet streams. La fonte primaria di queste onde e le sue caratteristiche di base (la lunghezza d’onda, la velocità di fase e la quantità di energia che trasportano) rimangono domande tuttora aperte».
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Geophysical Research l’articolo “Impact of gravity waves on the middle atmosphere of Mars: a non‐orographic gravity wave parameterization based on Global Climate modeling and MCS observations”, di G. Gilli, F. Forget, A. Spiga, T. Navarro, E. Millour, L. Montabone, A. Kleinböhl, D. M. Kass, D. J. McCleese e J. T. Schofield