Ogni mattina, per qualche ora, da Arsia Mons parte una lunga nube bianca che sembra disegnata con un pennello.
Si forma sul fianco occidentale del vulcano marziano, nella regione di Tharsis, a circa 45 chilometri di quota, e si allunga rapidamente sottovento. È fatta di ghiaccio d’acqua, resta relativamente stretta e può estendersi fino a 1800 chilometri. Poi si stacca dal vulcano e svanisce. Il giorno dopo, durante la stagione giusta, ricompare. Succede ogni primavera ed estate nell’emisfero sud di Marte, per diversi mesi.
L’Arsia Mons Elongated Cloud osservata dalla sonda Mars Express dell’Esa il 24 giugno 2024. Crediti: Esa/Dlr/Fu Berlin
La chiamano Arsia Mons Elongated Cloud, o Amec, ed è da anni una piccola ossessione per chi studia l’atmosfera marziana. Sappiamo che la sua formazione è legata alle onde atmosferiche generate dal rilievo di Arsia Mons, in grado di sollevare rapidamente masse d’aria e raffreddarle. Ma nei modelli mancava sempre qualcosa: la sua lunghissima coda, finora, non era mai comparsa.
Ora uno studio guidato da Jorge Hernández-Bernal della Sorbonne Université, appena pubblicato su Nature Geoscience, propone una possibile soluzione. Per far apparire l’Amec nelle simulazioni, il gruppo di ricerca ha introdotto un processo ben noto alla teoria, ma considerato estremamente difficile da realizzare nelle atmosfere planetarie: la nucleazione omogenea del ghiaccio direttamente dal vapore acqueo. Per capire perché sia insolito bisogna guardare un po’ più da vicino come nascono normalmente le nubi. Il vapore acqueo non comincia quasi mai a condensare o congelare da solo: gli servono minuscole particelle sospese nell’atmosfera sulle quali depositarsi. Sulla Terra possono essere sale, fuliggine, pollini o polvere; su Marte, soprattutto polvere. È la cosiddetta nucleazione eterogenea. Nella nucleazione omogenea, invece, il passaggio avviene senza quei nuclei e le particelle di ghiaccio si formano direttamente dal vapore. Possibile, almeno sulla carta. Ma per riuscirci servono temperature molto basse e una sovrasaturazione estrema, cioè molto più vapore acqueo di quanto l’aria, a quella temperatura, riuscirebbe normalmente a mantenere senza farlo condensare o congelare. Proprio per questo il processo era stato finora discusso soprattutto come possibilità teorica anche per l’alta atmosfera terrestre e per l’atmosfera di Venere, senza prove convincenti della sua presenza in natura.
Arsia Mons, però, sembra creare proprio quel genere di condizioni. Quando il vento incontra l’enorme rilievo del vulcano, genera onde atmosferiche che spingono verso l’alto masse d’aria umida. Nel modello, queste masse salgono di diversi chilometri nel giro di pochi minuti e si raffreddano rapidamente. In una regione particolarmente fredda sul versante occidentale del vulcano, la temperatura può scendere sotto i 130 kelvin, mentre il vapore acqueo raggiunge livelli estremi di sovrasaturazione: è qui che, secondo le simulazioni, il vapore comincia a formare direttamente particelle di ghiaccio, senza bisogno della polvere. In queste condizioni estreme ne nascono centinaia per centimetro cubo. I cristalli appena formati vengono poi trascinati verso ovest dai venti, continuano a crescere e danno origine alla lunga coda della nube. Quando, più tardi, quella regione particolarmente fredda si attenua, anche la nucleazione si interrompe: la testa della nube si restringe, la coda si stacca e quella lunga traccia bianca finisce per dissolversi.
L’Arsia Mons Elongated Cloud osservata dalla sonda Mars Express dell’Esa. Crediti: Esa/Dlr/Fu Berlin (ringraziamenti: J. Cowart)
A mettere alla prova il modello sono soprattutto le osservazioni di Mars Express, una delle poche sonde in orbita attorno a Marte capaci di osservare anche nelle ore del mattino, quando l’Amec è presente. Le immagini della Visual Monitoring Camera e della High Resolution Stereo Camera, insieme ai dati dello spettrometro Omega, offrono così il termine di paragone per le simulazioni. E il risultato è piuttosto netto. Con la sola nucleazione eterogenea sulla polvere marziana, il modello riproduce le onde e le basse temperature sopra Arsia Mons, ma non la nube osservata. Quando viene aggiunta la nucleazione omogenea, compaiono invece molte delle caratteristiche dell’Amec: la coda allungata, il suo distacco dal vulcano, il restringimento della testa e persino alcune variazioni di luminosità lungo la nube.
Marte ripreso dalla Visual Monitoring Camera (Vmc) a bordo della sonda Mars Express dell’Esa il 10 ottobre 2018. Crediti: Esa/Gcp/Upv/Ehu Bilbao
Gli autori dello studio hanno provato anche un’altra strada. Nell’atmosfera marziana potrebbero esistere particelle di polvere molto più piccole di quelle normalmente considerate nei modelli, con dimensioni inferiori ai cento nanometri. In teoria, anche queste potrebbero offrire al vapore una superficie sulla quale formare il ghiaccio, evitando di chiamare in causa la nucleazione omogenea. Inserite nelle simulazioni, però, tendono a produrre foschie diffuse, non la coda sottile e ben contrastata vista nelle immagini di Mars Express.
Il modello, comunque, non ricompone ancora perfettamente il quadro dell’Amec. Nelle simulazioni la nube risulta più stretta di quella osservata, comincia a formarsi circa un’ora e mezza più tardi e, prima di staccarsi dal vulcano, raggiunge una lunghezza inferiore. Resta da capire quanto questo fenomeno sia davvero eccezionale. La nucleazione omogenea avviene soltanto sopra Arsia Mons, in quelle particolarissime mattine marziane, oppure partecipa alla formazione di altre nubi? E potrebbe avere un ruolo anche altrove, per esempio negli strati più alti dell’atmosfera terrestre, dove condizioni simili sono state previste ma il processo rimane difficile da osservare?
Per ora, l’Amec resta un laboratorio naturale appeso sopra Arsia Mons: una nube effimera, visibile solo per poche ore, che potrebbe costringerci a rivedere qualcosa di molto più generale sul modo in cui si formano le nubi.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Geoscience l’articolo “Homogeneous ice Nucleation from Water Vapour Suggested by Elongated Clouds on Mars” di Jorge Hernández-Bernal, A. Määttänen, A. Spiga e F. Forget