Il radar della sonda Mars Express ha registrato segnali prodotti dall’attività solare. Uno studio, tra i cui autori figura Roberto Orosei dell’INAF, raccoglie le osservazioni effettuate dall’orbita marziana nell’arco di 16 anni e mezzo.
MARSIS è il radar a guida scientifica italiana, sotto la responsabilità dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che a bordo della sonda europea Mars Express studia il sottosuolo e la ionosfera di Marte. Nelle misure raccolte per esaminare l’alta atmosfera marziana compaiono però anche segnali radio provenienti dal Sole. Un gruppo internazionale di ricercatori li ha identificati e riuniti in un catalogo di lampi radio solari di tipo III, presentato recentemente sulla rivista Space Weather. Le osservazioni coprono il periodo dalla metà del 2005 alla fine del 2021.
Che cosa produce un lampo radio di tipo III?
Questi lampi sono associati a elettroni accelerati nelle regioni attive del Sole, spesso in concomitanza con i brillamenti solari: rapidi rilasci di energia nell’atmosfera solare legati alla riorganizzazione dei campi magnetici. Gli elettroni possono raggiungere velocità pari a un decimo o alcuni decimi della velocità della luce e propagarsi verso lo Spazio interplanetario.
Guarda una rappresentazione artistica della sonda Mars Express e del radar Maris. Crediti:ESA
Gli elettroni attraversano prima il plasma magnetizzato della corona solare e poi quello del vento solare, il flusso di particelle cariche che si allontana dal Sole. Il campo magnetico del plasma ne curva il moto, facendoli ruotare attorno alle sue linee: questa rotazione, combinata con l’avanzamento lungo il campo, dà origine a traiettorie a elica.
Durante il percorso, gli elettroni eccitano oscillazioni del plasma; attraverso ulteriori interazioni, parte dell’energia viene convertita in emissione nella banda radio. La frequenza di questa emissione dipende dalla densità degli elettroni nel plasma: più il plasma è rarefatto, più bassa è la sua frequenza caratteristica. Allontanandosi dal Sole, il fascio attraversa generalmente regioni meno dense e produce emissioni a frequenze progressivamente inferiori.
Per questo, in un grafico che mostra frequenza e tempo, un lampo solare di tipo III appare come una traccia che scende rapidamente verso le basse frequenze.
Come può rilevarli un radar puntato verso Marte?
MARSIS ha un’antenna principale formata da due bracci di 20 metri ciascuno, che insieme costituiscono un dipolo lungo 40 metri, e un’antenna secondaria di 7 metri, perpendicolare alla prima.
Per studiare il sottosuolo marziano, MARSIS trasmette in quattro bande radio centrate su 1,8, 3, 4 e 5 megahertz. Nella modalità dedicata alla ionosfera, la regione dell’alta atmosfera contenente particelle cariche, trasmette invece brevi impulsi passando attraverso 160 frequenze fra 0,1 e 5,5 megahertz. Registra quindi i segnali ricevuti, compresi gli echi degli impulsi riflessi dalla ionosfera, ripetendo la scansione ogni 7,54 secondi durante le sessioni di misura.
“La chiave è stata l’analisi sistematica dell’enorme archivio di dati raccolti da MARSIS, uno strumento progettato principalmente per studiare la superficie, il sottosuolo e la ionosfera di Marte, ma capace di registrare anche queste emissioni solari», spiega Andrea Cicchetti dell’INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali a Roma, attuale responsabile scientifico di MARSIS. “L’esame sistematico dei dati, con il controllo incrociato delle identificazioni e il confronto con le osservazioni di altre missioni spaziali, ci ha permesso di riconoscere e caratterizzare segnali che finora non erano stati studiati in modo sistematico”.
Nelle registrazioni, insieme agli echi degli impulsi trasmessi dal radar, sono stati identificati anche lampi radio solari di tipo III, riconoscibili dalle caratteristiche tracce verso frequenze via via più basse descritte sopra.
Che cosa aggiunge il punto di vista di Marte?
Le onde radio prodotte lungo il percorso degli elettroni possono raggiungere un ricevitore vicino a Marte senza che il fascio di elettroni debba passare vicino al pianeta. La posizione dell’osservatore e le caratteristiche del plasma attraversato dalle onde influenzano l’intensità, i tempi di arrivo e la forma dei segnali ricevuti.
Nello studio, gli autori esaminano anche la propagazione di alcuni eventi dal Sole a Marte, mostrando come questi dati possano aiutare a studiare i fenomeni solari nello spazio interplanetario.
Un esempio è il lampo del 21 agosto 2013, rilevato da STEREO-A e Wind, due sonde della NASA che studiano il Sole e lo spazio interplanetario, e da Mars Express. A Marte il segnale arrivò circa cinque minuti dopo STEREO-A. Quest’ultima e Mars Express, quasi allineate rispetto al Sole, registrarono un andamento simile, mentre Wind, da una diversa posizione, osservò un decadimento più graduale. Il confronto mostra perché osservare lo stesso lampo da punti diversi sia utile per studiare come l’emissione radio si propaga nello spazio interplanetario.
Confrontare le osservazioni effettuate da Marte con quelle raccolte altrove aiuta quindi a studiare la propagazione degli elettroni e delle onde radio nell’eliosfera, la vasta regione dello Spazio influenzata dal vento e dal campo magnetico solari. Il catalogo offre nuovi dati per conoscere questo ambiente anche oltre l’orbita terrestre.
“Sottolineerei soprattutto il fatto che siamo riusciti a valorizzare 16 anni e mezzo di osservazioni di MARSIS, identificando 861 eventi di solar radio burst», sottolinea Cicchetti. “Il risultato è importante perché ci permette di studiare questi fenomeni anche da Marte, da una distanza dal Sole e con una geometria di osservazione diverse rispetto a quelle tipiche delle missioni che osservano dalla Terra. Mettere in relazione le osservazioni effettuate da posizioni diverse nello spazio potrà contribuire a migliorare significativamente la nostra comprensione di questi fenomeni e della loro propagazione nel mezzo interplanetario”.
Lo stesso radar ha permesso, nel 2018, di individuare sotto la calotta polare sud di Marte riflessioni interpretate come indizio della presenza di acqua liquida salata. Il nuovo lavoro mostra un’altra possibilità scientifica dello strumento: utilizzare le misure raccolte per studiare Marte anche per indagare l’attività del Sole.
[A cura di Daria Guidetti]
Fonte: Type-III Solar Radio Bursts at Mars: A 16.5-Year Catalog From Mars Express-MARSIS at 0.1–5.5 MHz
