La mancanza di un’atmosfera significativa, e quindi un riscaldamento da serra molto ridotto, combinata con la distanza di Marte dal Sole, rendono Marte un luogo davvero molto freddo.
Gli unici fenomeni atmosferici significativi su Marte sono tempeste di polvere e forti venti. Queste tempeste di polvere possono oscurare il sole per periodi di tempo molto lunghi, a volte superiori a diverse settimane.
Ci sarà abbastanza luce solare naturale su Marte per far crescere colture come i pomodori, se sono alloggiati in una serra adatta, o saranno necessarie serre riscaldate artificialmente?
Le due immagini qui sotto illustrano lo spettro solare visto rispettivamente dalla Terra e da Marte.
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Al di sopra dell’atmosfera terrestre l’irraggiamento solare è poco più di 1300 W/m2 (1300 watt per metro quadro). L’atmosfera terrestre non è perfettamente trasparente alla luce solare e circa un quarto della luce del Sole viene assorbita o dispersa prima che raggiunga la superficie.
Alla superficie terrestre, con il Sole direttamente sopra la testa a mezzogiorno locale (atmosfera chiara e asciutta), l’irradianza solare si riduce a circa 1000 W/m2 (1000 watt per metro quadrato). Questo valore è molto variabile a seconda di cose come la quantità di polvere e vapore acqueo nell’atmosfera.
A mezzogiorno locale su Marte, con il Sole direttamente sopra la testa, l’irradianza solare è di 590 W/m2 (590 watt per metro quadrato).
Tutte le misure di cui sopra sono prese con la luce incidente perpendicolare alla superficie assorbente. Se la luce del sole cade sulla superficie con un angolo, meno energia sarà incidente (per metro quadrato) sulla superficie.
Le due caratteristiche più importanti di queste immagini sono:
- Le forme degli spettri sono identiche. Differiscono solo nella loro altezza.
- L’area totale di ogni spettro è proporzionale all’energia totale della luce solare. In altre parole, l’area delle immagini è proporzionale all’irradianza.
Dove sulla Terra… ?
La massima irradianza solare su Marte è di circa 590 W/m2 rispetto a circa 1000 W/m2 sulla superficie terrestre.
L’intensità del Sole su una zona orizzontale della superficie terrestre di 590W/m2 si verifica quando il Sole è appena 36 gradi sopra l’orizzonte. Per esempio, l’intensità massima del Sole, a mezzogiorno locale su Marte, con il Sole direttamente sopra la testa, è circa la stessa intensità del Sole sulla Terra a mezzogiorno del 15 febbraio a Minneapolis, MN o Portland, Oregon.
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Il grafico qui sopra confronta l’intensità del Sole su Marte con l’intensità del Sole nella tua posizione sulla Terra, usando la data e la latitudine di specifiche località. Per qualsiasi latitudine e qualsiasi data è possibile determinare se l’intensità della luce solare sulla Terra è inferiore o superiore all’intensità della luce solare su Marte. Nell’area ombreggiata scura (blu-verde) l’irraggiamento solare sulla Terra non supera mai i 590 W/m2 (l’irraggiamento solare massimo su Marte). Nell’area ombreggiata chiara (giallo) l’irraggiamento solare sulla Terra supera i 590 W/m2 per almeno una parte del giorno. Sulla linea rossa tra le due aree ombreggiate l’intensità della luce solare sulla Terra raggiunge esattamente i 590 W/m2 per pochi istanti (a mezzogiorno locale).
Pomodori sull’isola di Devon
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L’isola di Devon è la più grande isola disabitata della Terra. Si trova a 75oN e ha caratteristiche di superficie che ricordano fortemente la superficie di Marte. Essendo così a nord, Devon Island ha un’irradiazione solare simile a quella dell’equatore marziano. Tranne che per un breve periodo in giugno, l’intensità del sole sull’isola di Devon non supera mai l’intensità solare su Marte
Puoi verificare questo fatto individuando le condizioni solari sulla Terra, a 75°N sul grafico sopra.
- Ci sarà abbastanza luce solare per coltivare pomodori all’esterno sull’isola di Devon?
Cresceranno i pomodori all’interno di una serra sull’isola di Devon o l’energia solare dovrà essere raccolta, immagazzinata in batterie e poi “concentrata” usando calore e luce artificiale?
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Coltivazione di pomodori con energia solare ‘concentrata’
Anche se l’intensità della luce (solo in prossimità del mezzogiorno locale) sull’isola di Devon è simile a quella prevista sull’equatore marziano, la durata della luce del giorno in questo periodo è di 24 ore al giorno a causa della sua alta latitudine (sopra il Circolo Polare Artico).
Su Marte, vicino all’equatore, la durata della luce del giorno è di circa 12 ore, seguita da circa 12 ore di buio. Una serra marziana dovrà essere ben isolata per evitare enormi cali di temperatura durante la notte.
Per fornire un ambiente adatto alla coltivazione delle piante su Marte sarà forse necessaria una combinazione di riscaldamento passivo della serra durante il giorno, integrato da riscaldamento elettrico e illuminazione durante la notte.
Raccogliere e immagazzinare energia solare è un processo estremamente inefficiente. La maggior parte dell’energia viene persa come calore molto prima di essere resa disponibile come energia luminosa per la crescita delle piante.
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