L'atmosfera di Marte contiene una percentuale significativa di polvere sospesa, il cui valore varia stagionalmente senza mai annullarsi.
La presenza della polvere incide notevolmente sul clima del pianeta ed ha probabilmente rivestito un ruolo chiave nella sua evoluzione. La sua abbondanza e la sua distribuzione influenzano la struttura termica e la circolazione atmosferica su scale di tempi giornaliere, stagionali ed annuali. In particolare la polvere influenza il comportamento termico della troposfera (che si estende fino a circa 45 km dal suolo) attraverso l'assorbimento e lo scattering della radiazione solare e riduce le escursioni termiche diurne incrementando l'inerzia termica. Il ciclo della polvere è anche fortemente correlato alle variazioni stagionali dell'anidride carbonica (componente principale dell'atmosfera Marziana) e del vapor acqueo.
Rappresentazione artistica di un dust devil su Marte
Inoltre, l'erosione eolica, la ridistribuzione di polvere sulla superficie e il weathering, ossia l'alterazione di rocce e minerali dovuta alle interazioni fisiche e chimiche tra i materiali superficiali) sono meccanismi che accoppiano l'evoluzione di superficie e atmosfera. Gli scambi avvengono nello strato limite dell'atmosfera, ossia nella regione turbolenta che va dalla superficie ad una quota di qualche centinaio di metri. Tali meccanismi di alterazione sono guidati dall'intensità del vento e dalla distribuzione dimensionale della povere.
Quindi, la conoscenza delle caratteristiche della polvere atmosferica Marziana e dei meccanismi attraverso i quali la polvere precipita o entra in sospensione è importante per lo studio dell'evoluzione del clima e della superficie di Marte.
Inoltre, il ruolo della polvere su Marte (e nell'atmosfera, in particolare) deve anche essere considerato da un altro punto di vista. La polvere può interferire drammaticamente con ogni strumento/sistema rilasciato sulla superficie di Marte per attività in situ. La polvere può infatti ridurre l'efficienza dei pannelli solari depositandosi sulle celle solari ed interferire con il funzionamento di bracci meccanici, elementi ottici, ecc. Inoltre, in prospettiva di future missioni spaziali che prevedono la presenza dell'uomo su Marte, è di notevole importanza valutare il fattore di rischio legato alla presenza di polvere in prossimità della superficie del pianeta.
Confronto tra le distribuzioni dimensionali dei grani di polvere sospesa nell’atmosfera di Marte riportate da vari autori. Le curve sono scalate in modo da avere N = 0.1 per r = 1.6 μm.
Valutare quindi l'abbondanza, la distribuzione dimensionale e le proprietà elettriche della polvere in differenti condizioni atmosferiche risulta essenziale per valutare le condizioni di rischio per le missioni spaziali future verso la superficie di Marte.
Ad oggi, le informazioni in nostro possesso sulla distribuzione dimensionale delle polveri marziane sono state ottenute essenzialmente attraverso misure di scattering della radiazione solare. Tuttavia tali risultati sono soggetti a diverse fonti di errore: ad esempio la presenza variabile di nebbia a bassa quota o della foschia a quote più elevate (Pollack et al., 1977; Colburn et al., 1989; Leovy et al., 1972; Anderson and Leovy 1978; Jaquin et al., 1986; Kahn, 1990). Inoltre, le misure di telerilevamento effettuate in diverse parti dello spettro sono sensibili a diversi intervalli dimensionali delle particelle e campionano a differenti profondità dell'atmosfera, anche per i geometrie di osservazione simili e condizioni climatiche costanti.
Risulta quindi evidente che solo attraverso misure dirette e in situ è possibile compiere un salto di qualità nella misura della distribuzione dimensionale e dell'abbondanza della polvere sospesa.
Il vapor acqueo
Nonostante il vapor acqueo sia un costituente minore dell'atmosfera (circa 0.03% in volume) il suo ruolo è di fondamentale importanza principalmente per due aspetti:
come indicatore di variazioni climatiche stagionali.
in relazione all'esistenza di possibili forme di vita su Marte.
Le variazioni stagionali nell'abbondanza di vapor acqueo sono dovute all'effetto congiunto dello scambio di H2O tra atmosfera e sorgenti d'acqua superficiali (calotte polari, regolite) ed il trasporto in atmosfera.
La misura diretta e in situ dell'abbondanza del vapor acqueo in prossimità della superficie è essenziale sia per indagare i cambiamenti climatici stagionali che per sondare l'esistenza di un possibile humus favorevole all'esistenza della vita.