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Nubi mesosferiche su Marte e perché le studiamo
Le nubi sono un elemento familiare nelle atmosfere dei pianeti. Poiché possono sia riscaldare che raffreddare l'atmosfera, sono importanti per comprendere il meteo e il clima dei pianeti. Su Marte, le nubi di ghiaccio possono formarsi ad alta quota (oltre 50 km, circa 30 miglia), nella mesosfera, e sono chiamate nubi mesosferiche.
Queste nubi sono interessanti per diversi motivi. Sebbene Marte sia un pianeta secco, nell'atmosfera è presente vapor d'acqua che può formare nubi di ghiaccio d'acqua. Tuttavia, poiché l'atmosfera marziana è composta quasi interamente (95%) da anidride carbonica e le temperature sono basse, possono formarsi anche nubi di ghiaccio di anidride carbonica (simili al dry ice).
Ecco un esempio di una nube mesosferica osservata da terra dal rover Curiosity della NASA. [Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS]
Alcune domande importanti su queste nubi:
- Cosa fa sì che l'atmosfera si raffreddi abbastanza da far congelare l'anidride carbonica?
- Come cambiano le nubi dal giorno alla notte, durante le stagioni diverse o in alcuni anni più che in altri?
- Di cosa sono composte le nubi?
Il nostro obiettivo con questo progetto è prima di tutto individuare e mappare queste nubi per creare un database che ci aiuti a rispondere a queste domande.
Il nostro set di dati, come troviamo le nubi e perchè abbiamo bisogno del vostro aiuto.
Per fare questo, esamineremo i dati acquisiti dal Mars Climate Sounder (MCS) sul Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). MCS è uno strumento che osserva l'orizzonte del pianeta nell'infrarosso e nel visibile per misurare la temperatura, il contenuto di ghiaccio d'acqua e di polvere nell'atmosfera di Marte (McCleese et al., 2007). Fin dai primi giorni in cui MCS ha inviato dati alla Terra, sono state osservate strane caratteristiche ad alta quota. Queste caratteristiche hanno una forma ad arco o ad anello e da allora sono state riconosciute come nubi (vedi figura sotto).
Le forme ad arco si verificano perché l'altitudine apparente della nube cambia mentre il veicolo spaziale si muove lungo la sua orbita, come mostrato nella figura sottostante a sinistra (Diagramma della geometria da Sefton-Nash et al., 2012). Man mano che il veicolo spaziale si sposta dal punto 0 ai punti 1, 2 e 3, MCS osserva una parte diversa dell'atmosfera (continuando a guardare il limb) in modo tale che l'altitudine apparente di una nube ((z')) aumenti rispetto alla superficie. Il picco dell'arco in altitudine (punto 3) rappresenta la vera altitudine della nube. Quando il veicolo spaziale si sposta ai punti 4 e 5, la nube sembra scendere in altitudine, completando la forma ad arco. Gli archi sono stati osservati fin dall'inizio della missione e ora ci sono oltre 15 anni (!) di osservazioni da MCS. Per individuare queste nubi, esamineremo la radianza, il calore emesso, misurato da MCS in tutti i suoi canali spettrali (che osservano a diverse lunghezze d'onda nell'infrarosso e nel visibile) e identificheremo i picchi degli archi. Da queste identificazioni, ricaveremo la posizione e il tempo per creare mappe di nubi mesosferiche su Marte grazie ai risultati ottenuti grazie ai citizen scientists.
Obiettivo a lungo termine
Innanzitutto, speriamo che tu e altri citizen scientist ci aiutiate a individuare le nubi durante l'Anno Marziano 29 (un anno marziano dura 687 giorni), corrispondente al periodo da dicembre 2007 a ottobre 2009. Con un anno marziano completo di nubi identificate, potremo determinare come le nubi mesosferiche cambiano durante le diverse stagioni su Marte e confrontare in quali canali spettrali le nubi vengono osservate, al fine di capire quali tipi di nubi si formano in diversi periodi. Questi risultati fungeranno da dataset di “ground-truth” per un algoritmo di machine learning, per valutare quanto sia accurato nell'identificare le nubi che i citizen scientist hanno trovato. Con un modello utile, potremo cercare più rapidamente nubi in altri anni e studiare come queste cambiano di anno in anno. Tuttavia, probabilmente avremo bisogno di ulteriore aiuto da citizen scientist come te per comprendere queste variazioni. Prevediamo anche di aggiungere osservazioni dall'Anno Marziano 30, in cui il Pianeta Rosso era molto meno polveroso rispetto all'anno precedente, e dall'Anno Marziano 31, quando MCS ha iniziato una nuova modalità di osservazione che guardava il pianeta in modo diverso, permettendo di studiare differenti momenti della giornata (normalmente MCS osserva intorno alle 3 AM e alle 3 PM su Marte).
Risorse per imparare di più su Marte e le nubi!
Vuoi imparare le cose fondamentali su Marte?
- Inizia qui se vuoi leggere o qui se preferisci i video.
- Successivamente, "visita" Marte in realtà virtuale con Access Mars, grazie al Jet Propulsion Lab della Nasa e a Google.
- Esplora Marte con il Mars Exploration Program della Nasa.
- Fai un’analisi approfondita su le nubi nella mesosfera di Marte.
- Scopri le ultime news sul Mars Reconnaissance Orbiter.
O sulle nubi della mesosfera terrestre?
- Impara di più (e guarda alcuni video!) sulle nubi mesosferiche della Terra.