Visualizza ingrandito. | Vista prospettica della calotta polare nord di Marte dall’orbiter Mars Express dell’ESA. Le fessure formano un evidente schema simile a una spirale. Un nuovo studio dell’Istituto di Scienze Planetarie aiuta a spiegare le differenze tra le calotte polari di Marte. Immagine tramite ESA/ DLR/ FU Berlino/ NASA/ MGS/ Team Scientifico MOLA.
Marte ha due calotte polari, al Polo Nord e al Polo Sud. Sono composte principalmente di ghiaccio di anidride carbonica. Ci sono alcune differenze interessanti tra di esse, anche se sono generalmente simili. L’anidride carbonica interagisce in modo diverso con la superficie marziana in ciascun polo. Perché?
Un nuovo studio mostra come l’orbita eccentrica di Marte, la lunghezza delle stagioni e le differenze nel terreno giocano un ruolo.
Le calotte polari di Marte: simili ma diverse
Marte presenta brillanti calotte polari di ghiaccio, visibili anche da piccoli telescopi. Puoi osservarle crescere e ridursi con le stagioni. A differenza della Terra, esse sono per lo più costituite da anidride carbonica congelata. Il 1 settembre 2024, un team di scienziati guidato dall’Istituto di Scienze Planetarie ha discusso le loro nuove ricerche riguardo alle calotte polari del pianeta. I risultati aiutano a spiegare perché le calotte polari presentano somiglianze e differenze.
Il nuovo studio combina osservazioni passate con quelle più recenti del Mars Reconnaissance Orbiter di NASA (MRO). La sonda ha utilizzato il suo esperimento di imaging ad alta risoluzione, o HiRISE, per fotografare le regioni polari in dettagli incredibili.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati peer-reviewed nella rivista Icarus il 1 settembre 2024.
L’orbita eccentrica di Marte
Lo studio si è concentrato su come l’anidride carbonica venga ciclicamente scambiata tra le calotte polari e l’atmosfera. Questo avviene in entrambi i poli, ma non nello stesso modo. L’autrice principale Candice Hansen dell’Istituto di Scienze Planetarie ha spiegato:
Tutti sanno che c’è una differenza nel modo in cui l’anidride carbonica interagisce con i poli, ma quante persone capiscono perché? Questo era quello che cercavo di descrivere. E fortunatamente, ho un gruppo di coautori molto talentuosi disposti a fornire i loro contributi.
La risposta è principalmente legata all’orbita di Marte. Essendo più distante dal sole rispetto alla Terra, Marte impiega circa il doppio del tempo per completare un’orbita rispetto alla Terra. La sua orbita è anche più allungata, o eccentrica, come dicono gli scienziati. In confronto, l’orbita della Terra è più circolare. Questa orbita leggermente oblonga influisce anche sulle stagioni di Marte. Marte ha quattro stagioni, proprio come la Terra. Ma l’orbita eccentrica significa che le stagioni hanno durate diseguali.
Durante il suo percorso attorno al sole, Marte si trova alla massima distanza dal sole in autunno e in inverno nell’emisfero meridionale, e in primavera e estate nell’emisfero settentrionale. Di conseguenza, quelle stagioni in ciascun emisfero sono le più lunghe.
Visualizza ingrandito/full image. | Fan di polvere al Polo Sud di Marte. La polvere scura viene sollevata dal vento quando l’anidride carbonica gassosa fuoriesce da uno strato di ghiaccio di anidride carbonica. La fotocamera HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ha catturato questa immagine il 13 febbraio 2009. Immagine tramite NASA/ JPL-Caltech/ HiRISE/ UArizona.
Autunno e inverno meridionali sono i più freddi
Anche l’elevazione della superficie gioca un ruolo. Poiché l’emisfero meridionale è complessivamente più elevato, presenta una pressione atmosferica più bassa rispetto alle pianure dell’emisfero settentrionale. È anche, quindi, più freddo in inverno rispetto all’emisfero settentrionale. Infatti, circa un quarto dell’atmosfera si congela e si deposita sulla superficie sotto forma di ghiaccio di anidride carbonica ogni anno. Hansen ha affermato:
In definitiva, l’autunno e l’inverno meridionali portano il maggior congelamento e la pressione atmosferica più bassa. Questi sono i principali fattori che guidano le differenze nel comportamento stagionale dell’anidride carbonica tra gli emisferi.
Tempeste di polvere nell’emisfero settentrionale
Quindi, in generale, gli inverni nell’emisfero settentrionale sono solo un po’ più caldi rispetto a quelli dell’emisfero meridionale. Un’altra ragione è la polvere. La stagione invernale coincide con la stagione delle tempeste di polvere, un’altra caratteristica annuale dell’atmosfera marziana. C’è molta polvere che circola nell’emisfero settentrionale – e nell’intero pianeta – in questo periodo. E poiché è inverno, con una calotta di ghiaccio in crescita, c’è più polvere intrappolata nella calotta polare nord rispetto al sud. Questo è un altro modo in cui le due calotte di ghiaccio differiscono l’una dall’altra. O come ha detto Hansen:
Non sono stagioni simmetriche.
Visualizza ingrandito. | Veduta ravvicinata dei “ragni” marziani al Polo Sud. Le scanalature sono riempite di ghiaccio di anidride carbonica. L’esperimento di Imaging ad Alta Risoluzione della NASA (HiRISE) sul Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ha catturato questa immagine il 12 gennaio 2011. Immagine tramite NASA/ JPL-Caltech/ Università dell’Arizona.
Fan di polvere al Polo Sud di Marte
Il terreno stesso influisce anche su come il ciclo dell’anidride carbonica incide sul paesaggio in ciascun polo. Al Polo Sud, il terreno è relativamente pianeggiante. Anche se c’è meno polvere complessivamente in inverno rispetto al nord, quella polvere è distribuita in fan scuri sulla superficie grazie ai venti.
Come si formano i fan? Il processo inizia con il ghiaccio di anidride carbonica, come spiegato da Hansen:
Uno strato di ghiaccio di anidride carbonica si accumula in autunno nell’emisfero meridionale e, nel corso dell’inverno, si approfondisce e diventa traslucido. Poi, in primavera, il sole sorge e la luce penetra in questo strato di ghiaccio fino in fondo, riscaldando il terreno sottostante.
Poiché il terreno ora è un po’ più caldo, il ghiaccio di anidride carbonica sublima, ossia si trasforma direttamente in gas. Quel gas cerca poi di uscire dal ghiaccio in cui è intrappolato. Hansen ha aggiunto:
Ora, il gas è intrappolato sotto pressione. Cercherà qualsiasi punto debole nel ghiaccio e esploderà come un tappo di champagne.
Questa esplosione crea canaletti nella superficie. Ma a differenza della maggior parte dei canaletti, questi si diramano da un punto centrale. Questi sono i famosi ragni marziani. Una volta che il gas fuoriesce sulla superficie, la polvere scura in esso viene soffiata all’esterno dai venti, creando i fan. Hansen ha dichiarato:
Si scopre che la meteorologia è davvero importante anche in questo scenario, perché da lì, la polvere viene trasportata da qualsiasi vento presente e si deposita in una forma a ventaglio.
Il Polo Sud di Marte, visto dal Mars Global Surveyor della NASA (MGS). Immagine tramite NASA/ JPL/ Malin Space Science Systems.
Dune di sabbia al Polo Nord
In confronto, lo stesso tipo di fan di polvere si verifica anche al Polo Nord. Tuttavia, il terreno lì è diverso. Invece di essere per lo più un paesaggio pianeggiante, ci sono enormi campi di dune di sabbia. Questo influisce sul processo di sublimazione. Come ha spiegato Hansen:
Quando il sole sorge e inizia a sublima la parte inferiore dello strato di ghiaccio, ci sono tre punti deboli. Uno sulla cresta della duna, uno alla base della duna dove incontra la superficie e poi il ghiaccio stesso può rompersi lungo la pendenza. Nessun terreno araneiforme è stato rilevato nel nord perché, sebbene si sviluppino solchi superficiali, il vento smussa la sabbia sulle dune.
I risultati aiutano a fare nuova luce sui processi attuali su Marte, non solo su quelli del passato remoto. Il pianeta potrebbe non essere geologicamente attivo come lo era un tempo, ma è ancora attivo, come ha notato Hansen:
La maggior parte dei miei colleghi studiano i cambiamenti avvenuti su Marte 3,5 miliardi di anni fa, ma io parlo di cose accadute il mese scorso. Marte è attivo oggi.
In sintesi: le calotte polari di Marte sono generalmente simili, ma differiscono anche in alcuni aspetti. Un nuovo studio mostra come la sublimazione del ghiaccio di anidride carbonica giochi un ruolo chiave.
Fonte: Un confronto dell’attività stagionale di CO2 negli emisferi settentrionali e meridionali di Marte
Via Istituto di Scienze Planetarie
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