Risposta dell’ionosfera marziana durante la supertempesta solare di maggio 2024

Quando una tempesta solare lontana scosse i cieli di Marte

Nel maggio 2024 una colossale tempesta sul Sole non solo dipinse aurore rare nei cieli della Terra, ma si abbatté anche su Marte. Questo studio mostra come quell’esplosione di energia solare rimodellò in modo drammatico l’atmosfera superiore carica elettricamente — o ionosfera — attorno al Pianeta Rosso. Cogliendo l’evento quasi in tempo reale con veicoli spaziali in orbita, gli scienziati registrarono l’incremento più forte mai osservato in uno degli strati ionosferici chiave di Marte, rivelando nuovi dettagli su come le tempeste solari possano influenzare pianeti privi di un campo magnetico globale protettivo.

Ascoltare attraverso l’aria di Marte

Per osservare la reazione dell’ionosfera marziana, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata occultazione radio reciproca, in cui un veicolo spaziale trasmette un tono radio costante attraverso l’atmosfera del pianeta verso un altro veicolo. Mano a mano che il segnale sfiora il lembo di Marte, si piega e rallenta in funzione della quantità di particelle cariche che attraversa. Misurando con cura queste piccole variazioni, gli scienziati possono ricostruire un profilo verticale della densità elettronica — in pratica una sonda dell’ionosfera, da circa 80 chilometri fino a diverse centinaia di chilometri. Dal 2020 le missioni Mars Express e ExoMars Trace Gas Orbiter eseguono tali misurazioni circa una volta alla settimana, costruendo progressivamente un quadro di riferimento del comportamento ionosferico di Marte attraverso stagioni e condizioni solari diverse.

Arriva la supertempesta

All’inizio di maggio 2024 il Sole scatenò una serie di eruzioni intense: brillamenti potenti, getti di particelle ad alta velocità e una grande nube di plasma nota come espulsione di massa coronale. Questi eventi produssero la più forte tempesta geomagnetica sulla Terra da decenni e, poco dopo, alterarono l’ambiente spaziale intorno a Marte. Il 15 maggio, appena dieci minuti dopo che la radiazione di un brillamento di classe X raggiunse Marte, i due veicoli spaziali europei eseguirono un’occultazione radio programmata sulla regione meridionale di Sisyphi Planum. Quel tempismo fortunato fornì un’istantanea dell’ionosfera marziana proprio mentre la radiazione della tempesta stava piccando, permettendo al team di confrontare questo «profilo da tempesta» con dozzine di osservazioni precedenti e più calme effettuate in condizioni di illuminazione simili.

Un aumento da record in uno strato nascosto

Il cambiamento più eclatante apparve nello strato inferiore dei due principali livelli ionosferici di Marte, chiamato M1, situato attorno ai 90–110 chilometri di altitudine. Durante la tempesta il picco della densità elettronica in questo strato si gonfiò fino a circa 2,8 volte il suo valore normale — l’incremento più grande mai registrato — salendo anche di circa 6,5 chilometri. Lo strato superiore M2, attorno ai 150 chilometri, crebbe invece solo di circa il 45 percento e si spostò verso l’alto di un’ampiezza simile. Misurazioni di raggi X morbidi dall’orbiter MAVEN della NASA mostrarono che l’energia X in arrivo aumentò di circa un fattore tre, molto meno di quanto prevedevano teorie più datate per spiegare una risposta M1 così ampia. Questo disallineamento suggerisce che i modelli precedenti abbassavano l’efficienza con cui la luce solare ad alta energia può innescare ionizzazioni «secondarie», dove elettroni energetici scatenano cascata di collisioni e ionizzazioni nell’aria rarefatta di Marte.

Calore, increspature ad alta quota e ciò che non cambiò

Oltre all’incremento nello strato M1, la tempesta lasciò altri segni riconoscibili. I picchi di M1 e M2 si spostarono verso l’alto, suggerendo riscaldamento ed espansione dell’atmosfera neutra sottostante — probabilmente un effetto ritardato dell’espulsione di massa coronale e delle perturbazioni di particelle che scuotevano Marte da più di un giorno. Un potenziamento più piccolo ma distinto comparve intorno ai 245 chilometri di altitudine, che gli autori suggeriscono possa essere legato a instabilità dove il vento solare sfiora l’alta atmosfera marziana, o a flussi di ioni in uscita lungo linee di campo magnetico distorte. Allo stesso tempo, alcune caratteristiche rimasero sorprendentemente stabili: la parte superiore dello strato M2 non risultò fortemente compressa, l’atmosfera neutra inferiore sotto circa 100 chilometri non mostrò cambiamenti strutturali rilevanti, e la distanza complessiva tra i picchi M1 e M2 si modificò appena.

Perché questo è importante per le future missioni su Marte

Per il lettore generale, il messaggio chiave è che l’atmosfera superiore di Marte è molto più sensibile alle tempeste solari di quanto si pensasse, specialmente nel suo strato ionosferico inferiore. Un’ondata di raggi X solari può amplificare rapidamente questa regione, non soltanto per ionizzazione diretta ma anche attraverso catene di collisioni secondarie, e può riscaldare e gonfiare l’aria circostante. Comprendere questi effetti è cruciale per pianificare future missioni robotiche e umane: comunicazioni radio, segnali di navigazione e persino la resistenza atmosferica sui veicoli spaziali possono essere alterati durante tali tempeste. Questo studio dimostra che, con monitoraggi regolari e ad alta precisione, possiamo cogliere questi eventi rari in azione e perfezionare i nostri modelli su come il Sole modelli gli ambienti dei pianeti rocciosi — Marte oggi, e forse altri mondi domani.

Citazione: Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H. et al. Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm. Nat Commun 17, 2017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69468-z

Parole chiave: Ionosfera di Marte, tempesta solare, brillamento solare, meteorologia spaziale, occultazione radio