A bordo di ExoMars, protetto dalla robusta “armatura” del lander Schiaparelli, c’è anche l’interessantissimo strumento DREAMS (Dust Characterization, Risk Assessment and Environment Analyser on the Martian Surface):una suite di sensori per la misura dei parametri meteorologici e del campo elettrico atmosferico in prossimità della superficie di Marte, frutto della collaborazione fra l’INAF – Osservatorio Astronomico di Napoli, l’Agenzia Spaziale Italiana e il CISAS di Padova. Lo osserviamo da vicino grazie all’infografica che Media INAF ha realizzato in occasione del lancio della missione ESA. Oggi su Media Inaf Davide Coero Borga spiega che il veicolo lanciato oggi è composto da un modulo orbitante, chiamato TGO (Trace Gas Orbiter) e da un modulo di discesa chiamato EDM (Entry Descent and Landing Demonstrator Module). La seconda missione in programma per il 2018 farà invece atterrare sul suolo marziano un vero e proprio rover. In entrambe la partecipazione INAF è significativa. Due strumenti hanno come principal investigator due nostre ricercatrici: Francesca Esposito e Maria Cristina De Sanctis.
Francesca Esposito dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Napoli guida lo strumento DREAMS, una sorta di laboratorio meteorologico equipaggiato con sensori per l’analisi in situ di vento (velocità e direzione), umidità, pressione, temperatura, trasparenza e carica elettrica dell’atmosfera. Effettuerà la prima misura mai fatta dei campi elettrici sulla superficie marziana. Ma l’INAF è presente anche con due Co-PI su strumenti a bordo dell’orbiter di ExoMars. NOMAD, spettrometro per la ricerca di gas traccia in atmosfera, ha fra i Co-PI Giancarlo Bellucci di IAPS Roma. CaSSIS, camera stereo ad alta risoluzione, ha fra i Co-PI Gabriele Cremonese dell’Osservatorio di Padova.
Come spiega Elisa Nichelli, sempre su Media Inaf, fino ad ora sono state effettuate poche misurazioni del vento marziano dai lander che hanno esplorato 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.
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-R?sh?diyya, 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.
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.
