Curiosity individua importanti variazioni stagionali nell'atmosfera marziana

Il rover americano Curiosity ha festeggiato oggi il suo 1337° giorno, o Sol, trascorso sulla superficie di Marte, inaugurando così il suo terzo anno di esplorazione del Pianeta Rosso. I dati raccolti dagli strumenti di Curiosity durante i suoi primi due anni contengono preziose informazioni sulle variazioni stagionali di una serie di importanti parametri atmosferici.
Avendo ormai esplorato l'interno del cratere Gale per due interi anni marziani, Curiosity ha monitorato i cambiamenti ambientali nell'arco di due completi cicli di quattro stagioni l'uno. Questa ridondanza ha permesso agli scienziati di isolare gli eventi sporadici dai vari andamenti stagionali. Ad esempio, l'improvviso aumento di metano rilevato nel primo autunno dopo l'atterraggio non si è ripetuto nel secondo autunno, indicando un'origine diversa da quella stagionale. Ad oggi, la natura di quell'evento rimane ancora ignota.

I dati raccolti da Curiosity in questi due anni hanno consentito agli scienziati di individuare lievi variazioni stagionali nella concentrazione di metano. Andamenti stagionali ben più significativi caratterizzano invece le misurazioni di temperatura, pressione, radiazione ultravioletta e vapore acqueo.

Studiare le attuali condizioni dell'atmosfera marziana fornisce preziosi indizi per ricostruire le proprietà che un tempo - prima della colossale perdita di massa atmosferica - caratterizzavano il Pianeta Rosso e forse lo rendevano addirittura abitabile. Gli scienziati sospettano che gli oggi aridi e desertici paesaggi del cratere Gale fossero miliardi di anni fa popolati da laghi e falde acquifere.

Nell'arco della missione, lo strumento spagnolo REMS ha rivelato sbalzi termici con picchi massimi di 15.9 gradi centigradi, registrati nei tiepidi pomeriggi estivi, e minime di 100 gradi sottozero, nelle gelide notti invernali. Una rapida analisi dell'andamento delle temperature, del vapore acqueo e della pressione rivela evidenti variazioni stagionali.

"La stazione meteorologica di Curiosity ha effettuato oltre 34 milioni di misurazioni finora - quasi una a ogni ora di ogni giorno," spiega Ashwin Vasavada della NASA. "L'arco temporale è importante, dato che è confrontando le due stagioni che possiamo individuare eventuali tratti comuni."

Ogni anno marziano dura 687 giorni terrestri, mentre ogni giorno marziano, o Sol, dura 39.6 minuti in più di quello terrestre. Di conseguenza, un anno marziano è formato da 668.6 Sol. Curiosity era atterrato sul Pianeta Rosso il 6 Agosto 2012 ora italiana, completando una drammatica discesa di sette minuti attraverso la rarefatta atmosfera marziana.

L'andamento termico annuale nel cratere Gale, in basso, e a Los Angeles, in alto. Le barre verticali rappresentano le medie per periodi pari a un dodicesimo di anno; in alcuni giorni, le temperature potrebbero essere state leggermente più alte o più basse della media riportata su questo grafico. Image credit: NASA/JPL-Caltech/CAB(CSIC-INTA)

L'inclinazione assiale di Marte è responsabile dell'alternarsi annuale delle varie stagioni, esattamente come accade sulla Terra. Tuttavia, l'atmosfera che avvolge il Pianeta Rosso è molto più rarefatta della nostra; perciò, anche durante l'estate, le temperature notturne possono precipitare fino a meno di -90 gradi centigradi. Inoltre, la maggiore eccentricità dell'orbita marziana implica che, anche nelle regioni quasi-equatoriali come quella in cui è situato il cratere Gale, le stagioni risultano esagerate rispetto alle medie terrestri.

"Marte è molto più arido del nostro pianeta; il cratere Gale, in particolare, è molto secco," spiega Germàn Martìnez dell'Università del Michigan. "Il contenuto di vapore acqueo nell'atmosfera è tra un millesimo e un decimillesimo di quello terrestre."

I sensori di Curiosity hanno rilevato umidità relative - il rapporto tra la densità del vapore presente e la densità del vapore saturo - fino al 70%, spingendo gli scienziati a cercare, senza successo, tracce di brina sul suolo.

In rosso, il contenuto di vapore acqueo nell'atmosfera marziana in ppm (parti per milione). In blu, l'umidità relativa, che esprime il contenuto di vapore in relazione alla temperatura dell'aria. Image credit: NASA/JPL-Caltech/CAB(CSIC-INTA)

Curiosity ha inoltre confermato le importanti variazioni stagionali nella pressione atmosferica rilevate in precedenza da altre missioni. "Queste ampie variazioni sono dovute alla cattura e al rilascio di anidride carbonica da parte delle calotte polari stagionali," spiega Martìnez. A ogni inverno, l'anidride carbonica, il gas di gran lunga più abbondante nell'atmosfera marziana, ghiaccia al suolo in prossimità delle regioni polari, formando calotte di milioni di tonnellate di ghiaccio. In primavera, i ghiacci sublimano, innescando un aumento nella pressione atmosferica pari al 25%.

Altre variazioni stagionali individuate da Curiosity includono la visibilità atmosferica. Normalmente, l'atmosfera tende ad essere trasparente durante l'inverno, con una visibilità media di 130 chilometri, per poi diventare polverosa in primavera ed estate, con un calo nella visibilità media di 100 chilometri, e infine ventosa in autunno.

Le variazioni stagionali nella concentrazione di metano in parti per miliardo. Credits: NASA/JPL-Caltech

I dati raccolti dallo strumento SAM mostrano che, nell'arco dei due anni di missione, le concentrazioni di metano sono rimaste piuttosto costanti, oscillando tra le 0.3 e le 0.8 parti per miliardo. Nel suo primo autunno, tuttavia, Curiosity ha osservato un picco di 7 parti per miliardo durato parecchie settimane. Il picco non si è ripetuto durante l'autunno successivo.

"Avere a disposizione un secondo anno ci ha permesso di escludere che quel picco potesse essere un effetto stagionale," spiega Chris Webster del JPL. "Parrebbe essere un evento sporadico che potremmo non vedere mai più."

Nonostante i livelli di metano siano piuttosto costanti, gli scienziati sono riusciti a rilevare un lieve calo durante ciascun autunno - escluso, naturalmente, il picco anomalo. Se questo andamento venisse confermato, potrebbe avere a che fare con le variazioni nella pressione registrate da REMS o quelle nella radiazione ultravioletta.

"Queste scoperte mostrano non solo l'importanza di missioni a lunga durata, ma anche l'importanza di confrontare più di un tipo di misurazioni," conclude Webster.