È LA PRIMA REGISTRAZIONE SONORA DEI VORTICI DI POLVERE DI MARTE

Un diavolo all’orecchio di Perseverance

Il microfono della Supercam a bordo del rover della Nasa Perseverance ha registrato per la prima volta il suono di un dust devil su Marte, un “diavolo di polvere” L'incontro con il vortice carico di polvere, la registrazione del suono e l'acquisizione contemporanea di dati da parte dei sensori atmosferici e dalla Navcam del rover sono descritti sulle pagine di Nature Communications

     14/12/2022
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Il rover Perseverance della Nasa trasporta due microfoni di tipo commerciale. In questa immagine è mostrato il microfono della Supercam, che ha registrato per la prima volta il suono di un diavolo di polvere. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Vi siete mai chiesti che suono ascoltereste su Marte se vi trovaste fortuitamente davanti agli occhi uno dei fenomeni più comuni che si verificano sul Pianeta rosso, i cosiddetti dust devil diavoli di polvere?

Se la risposta è sì, sappiate che adesso potete soddisfare questa vostra curiosità: il rover della Nasa Perseverance è infatti riuscito a effettuare per la prima volta la registrazione audio di un vortice di sabbia extraterrestre: un dust devil, appunto. I dettagli dell’incontro con il vortice carico di polvere e la registrazione del suono, come pure l’acquisizione contemporanea di dati da parte di altri strumenti, sono descritti in un articolo pubblicato ieri su Nature Communications, che porta come primo nome quello della scienziata planetaria Naomi Murdoch dell’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (Isae-Supaero).

A cogliere la “voce” di queste trombe d’aria marziane, notate per la prima volta dall’orbita del pianeta dalla sonda spaziale Viking, è stato uno dei due strumenti a bordo del rover capaci di registrare audio all’interno della gamma di frequenze udibili dell’orecchio umano: il SuperCam microphone. Frutto della collaborazione tra Isae-Supaero, l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap) e il Los Alamos National Laboratory (Lanl), sotto la supervisione dell’agenzia spaziale francese (Cnes), lo strumento ha registrato il suono del diavolo di polvere il 27 settembre 2021, il 215mo giorno marziano, o sol, della missione di Perseverance.

«Possiamo imparare molto di più con il suono che con alcuni degli altri strumenti» spiega Roger Wiens, professore di scienze della Terra, atmosferiche e planetarie alla Purdue University, alla guida del team che gestisce il microfono e principal investigator della SuperCam di Perseverance. «I microfoni di Perseverance eseguono registrazioni a intervalli regolari; questo ci permette di campionare non proprio alla velocità del suono ma a una frequenza di quasi 100.000 volte al secondo, e ci aiuta ad avere un’idea più precisa di come sia Marte».

I diavoli di polvere di Marte sono vortici che si creano quando l’aria calda vicino alla superficie inizia a salire e a ruotare, generando una depressione al centro del vortice e venti. Sono fenomeni frequenti soprattutto durante il giorno marziano e costituiscono un elemento chiave del cosiddetto strato limite planetario, o Planetary Boundary Layer (Pbl): la parte dell’atmosfera di un pianeta a diretto contatto con la superficie. Sono indicatori di turbolenza atmosferica e un importante meccanismo che controlla il ciclo della polvere marziana.

Catturarli non è certo facile e richiede un po’ di fortuna. Gli scienziati, infatti, non possono prevedere quando si verificano o passano nei paraggi di Perseverance, quindi il rover monitora regolarmente in tutte le direzioni nel tentativo di stanarli. Per di più, il microfono di Perseverance non è sempre acceso, ma registra per circa tre minuti ogni due giorni. Dunque, quando gli scienziati li vedono o li osservano avvicinarsi da una certa direzione, usano tali informazioni per accendere il microfono e focalizzare il loro monitoraggio, come è successo in questo caso.

Lo scienziato planetario della Purdue University Roger Wiens, tra gli autori della pubblicazione che riporta i dettagli del risultato ottenuto dal rover Perseverance. Crediti: Purdue University/John Underwood

Il microfono della SuperCam di Perseverance – insieme al microfono Edl, il primo a operare sulla superficie di Marte – registra fluttuazioni della pressione dell’aria che si verificano fino a un’altezza di circa 2 metri sopra la superficie marziana. Il tempo massimo di ciascuna registrazione è di 167 secondi. L’intensità del segnale che è in grado di registrare va dai 20 Hz a 1 kHz, una larghezza di banda che è fortemente correlata con la velocità del vento, motivo per cui il microfono può essere considerato un sensore di tale velocità, oltre che un registratore di variazioni di onde di pressione, e in particolare di onde sonore.

Ma torniamo al 27 settembre 2021. Nello stesso momento in cui il diavolo di polvere è passato sopra Perseverance, oltre al microfono SuperCam si trovavano nella modalità on anche i sensori meteorologici di Perseverance – Mars Environmental Dynamics Analyzer (Meda), che misurano vento, pressione, temperatura e dimensioni delle particelle di polvere – e la telecamera di navigazione sinistra del rover (Navcam). L’acquisizione di dati da questi strumenti ha permesso agli scienziati di ottenere immagini e dati atmosferici la cui combinazione, insieme alla modellazione atmosferica, ha consentito di stimare non solo velocità del vento, pari a circa 19 chilometri orari, ma anche le dimensioni del diavolo di polvere: 25 metri di larghezza e 118 metri di altezza.

La registrazione audio, insieme alle letture della pressione atmosferica e alle foto time-lapse, ha permesso inoltre di produrre il video che vedete sotto. Cliccando sul tasto play noterete quattro righe orizzontali. La riga superiore è un’immagine grezza della superficie marziana presa dalla left navigation camera che, sebbene sia in grado di riprodurre a colori, in questo caso ha scattato immagini in bianco e nero per ridurre la quantità di dati inviati sulla Terra. La seconda riga mostra la stessa immagine della prima ma elaborata per capire dove si è verificato il movimento nel corso della registrazione. Il colore indica la densità della polvere, passando dal blu (densità minore) al viola fino al giallo (densità maggiore). La terza riga è un grafico che mostra un improvviso calo della pressione atmosferica registrato dalla suite di sensori meteorologici di Perseverance. La quarta riga, infine, riporta la registrazione della “voce” di Marte e l’ampiezza del suono registrato dal microfono della SuperCam.

Immagine che mostra i dati ottenuti da Perseverance.  Il diavolo di polvere in questione è stato infatti osservato contemporaneamente anche dai sensori metereologici e dalla telecamera di navigazione sinistra (Navcam), il che lo rende un evento del tutto unico. Crediti: Nasa/  Jpl-Caltech / Lanl / Cnes / Cnrs / Inta-csic / Space Science Institute / Isae-Supaero

«Potremmo guardare la caduta dei valori di pressione, ascoltare il vento, quindi un po’ di silenzio, che è l’occhio della piccola tempesta, e poi sentire di nuovo il vento e vedere la pressione aumentare», dice Wiens. «Il vento ha una velocità che è più o meno quella di un diavolo di polvere sulla Terra» aggiunge il ricercatore. «La differenza è che la pressione dell’aria su Marte è talmente bassa che i venti, pur essendo altrettanto veloci, spingono con circa l’1 per cento della pressione che avrebbero sulla Terra. Non è un vento potente, ma abbastanza da sollevare particelle di sabbia nell’aria per creare un diavolo di polvere».

Marte ha infatti un’atmosfera molto diversa rispetto alla Terra, sia in termini di temperatura che di densità e composizione chimica. Queste differenze, oltre che sulla spinta del vento, si ripercuotono anche sul suono che sentiremmo se ci trovassimo su Marte. Rispetto alla Terra, i suoni emessi nella fredda atmosfera marziana impiegherebbero un po’ più di tempo per arrivare al nostro orecchio, avrebbero un volume più basso e una qualità più scadente, soprattutto alle tonalità più alte, a causa del fenomeno dell’attenuazione.

«Proprio come sulla Terra, anche su Marte in aree diverse ci sono condizioni meteo diverse» conclude Wiens. «L’uso di tutti i nostri strumenti e mezzi, in particolare il microfono, ci aiuta ad avere un’idea concreta di come sarebbe essere su Marte».

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature Communications l’articolo “The sound of a Martian dust devil” di N. Murdoch, A. E. Stott, M. Gillier, R. Hueso, M. Lemmon, G. Martinez, V. Apéstigue, D. Toledo, R. D. Lorenz, B. Chide, A. Munguira, A. Sánchez-Lavega, A. Vicente-Retortillo, C. E. Newman, S. Maurice, M. de la Torre Juárez, T. Bertrand, D. Banfield, S. Navarro, M. Marin, J. Torres, J. Gomez-Elvira, X. Jacob, A. Cadu, A. Sournac, J. A. Rodriguez-Manfredi, R. C. Wiens e D. Mimoun

Guarda il video che mostra i risultati del rover Perseverance con l’audio catturato dal microfono della Supercam: