Di che colore è il cielo su Marte?
Il Novembre 21, 2021 da adminAbbiamo molte immagini da Marte ma non tutte sono adeguate per rispondere a questa domanda, poiché alcune sono bilanciate in bianco per fornire un miglior contrasto alla vista umana. Fortunatamente ci sono alcuni studi interessanti in letteratura che trattano della cromaticità del cielo marziano e che forniscono valide ragioni fisiche per il suo aspetto.
Utilizzando la fotocamera panoramica (strumento Pancam) a bordo dei Mars Exploration Rovers Spirit e Opportunity, Bell III e collaboratori hanno determinato il colore del cielo da immagini calibrate radiometricamente. Ciò significa che i valori delle immagini sono stati trasformati in quantità fisiche (cioè flusso o radianza) tenendo conto della risposta spettrale della fotocamera e dei filtri, del flusso solare in entrata sulla superficie di Marte e di altri fattori. Spirit e Opportunity hanno riportato cieli “nero-bluastri” o “neri” in atmosfere senza polvere. Tuttavia, la maggior parte del tempo, l’atmosfera di Marte è carica di molta polvere, quindi questo non è l’aspetto comune del cielo.
Il colore del cielo dipende da come la radiazione solare viene diffusa dal fascio di luce diretta che illumina il suolo e anche da come i fasci sparsi e diretti vengono assorbiti dalle molecole e dalle particelle nell’atmosfera. Per esempio, se non ci fosse atmosfera, come sulla Luna, si troverebbe un cielo scuro e un Sole giallo. Sulla Terra, il colore blu del cielo è prodotto dal cosiddetto scattering di Rayleigh per cui le molecole, con raggio inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione (circa 1/10), sono più efficienti nello scattering della luce a lunghezze d’onda inferiori, essendo la sezione trasversale di scattering inversamente proporzionale alla potenza di quattro della lunghezza d’onda.
Anche se l’atmosfera di Marte è molto più sottile e la diffusione molecolare è quindi meno efficiente. In linea di principio, la polvere marziana avrebbe potuto svolgere il ruolo delle molecole della nostra aria terrestre, spargendo le lunghezze d’onda più corte in modo più efficiente e quindi producendo alla fine cieli blu e tramonti rossi come sulla Terra. Avrebbe potuto essere così, se tali particelle avessero agito come perfetti scatterer, senza assorbimento. Tuttavia, la polvere marziana è ricca di ossidi di ferro che assorbono il blu e producono proprio l’effetto opposto, semplicemente rimuovendo le lunghezze d’onda più corte dal fascio di radiazioni.
I rover hanno riportato cieli “marrone giallastro scuro” (cioè “butterscotch”) per le situazioni comuni in cui molta polvere rimane sospesa nell’atmosfera di Marte, ma poiché la polvere potrebbe contribuire a far percepire il cielo più blu (tramite la diffusione) o più rosso (tramite l’assorbimento), qui è necessaria una spiegazione più attenta. Kurt Ehlers e i suoi collaboratori hanno prodotto uno studio illuminante che chiunque abbia familiarità con l’ottica atmosferica apprezzerà. Hanno considerato il complesso effetto della polvere di dimensioni micron, che assorbe il blu e si disperde in avanti, e hanno dimostrato che l’arrossamento è leggermente più efficiente, portando così a cieli “butterscotch” per “situazioni polverose”. Inoltre, le lunghezze d’onda più lunghe (rosso) e le lunghezze d’onda più corte (blu) sono disperse in modelli molto diversi, producendo alcuni altri effetti interessanti, come il bagliore blu che segue il Sole nel suo percorso sul cielo marziano.
Secondo questo studio, sembra esserci un cielo a chiazze di burro e il Sole in un bagliore bluastro, particolarmente evidente durante i tramonti su Marte. Ma le cose sono più complesse con la percezione umana.
Siccome Marte si trova a circa 1,5 unità astronomiche dal Sole, la quantità di luce sulla superficie è circa la metà di quella sul nostro pianeta. In condizioni di scarsa illuminazione, i nostri occhi spostano la sensibilità verso il blu perché passiamo dall’uso di cellule “cono” sensibili al colore a cellule “bastoncello” daltoniche. Questo è noto come effetto Purkinje. Quindi, il primo astronauta atterrato su Marte descriverebbe probabilmente il suo cielo ancora più blu di quanto ci si potrebbe aspettare.
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