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Wind-formed features are abundant in Oxia Planum (Mars), the landing site of the 2022 ExoMars mission, which shows geological evidence for a past wet environment [1-4]. Here we show that the landing site experienced multiple climatic changes recorded by an intriguing set of ridges that we interpret as Periodic Bedrock Ridges (PBRs) [5, 6]. Clues for a PBR origin result from ridge regularity, defect terminations, and the presence of preserved megaripples detaching from the PBRs. PBR orientation differs from superimposed transverse aeolian ridges pointing toward a major change in wind regime. Superposition relationships of the PBRs with a dark-toned geological unit [4] indicate that such a change in the main wind condition likely occurred during the Amazonian. Active bedform migration from nearby craters (McLaughlin and Oyama) show winds coming from the North, matching the orientation of the wind streaks visible in the putative landing ellipse. Our results provide constrains on the wind regime in Oxia Planum and offer indications on present and past winds that will be crucial for understanding the landing site geology.For full details, see [1].[1] Silvestro, S. et al. 2021. Periodic Bedrock Ridges at the ExoMars 2022 landing site: Evidence for a Changing Wind Regime. GRL, 48, 4.[2] Favaro, E. et al. 2021. The Aeolian Environment of the Landing Site for the ExoMars Rosalind Franklin Rover in Oxia Planum, Mars. JGR, 126, 4.[3] Balme, M. et al. 2017. Surface-based 3D measurements of small aeolian bedforms on Mars and implications for estimating ExoMars rover traversability hazards. PSS, 153, 39-53.[4] Quantin, C. et al. Oxia Planum: The Landing Site for the ExoMars ‘‘Rosalind Franklin’’ Rover Mission: Geological Context and Prelanding Interpretation. Astrobiology, 21, 3.[5] Montgomery, D. R. et al. 2012. Periodic bedrock ridges on Mars. JGR, 117, E03005.[6] Hugenholtz, C. H. et al. 2015. Formation of periodic bedrock ridges on Earth. Aeolian Research, 18, 135–144.

Lo sviluppo dello strumento MicroMED ha previsto la progettazione, la realizzazione e i test di un optical particle counter di dimensioni 40 x 36 x 43 mm con basso consumo (1 W) e massa ridotta (500 g), capace di misurare la distribuzione dimensionale e la densità numerica delle polveri in sospensione nell'atmosfera marziana, in vicinanza della superficie e con un intervallo di misura compreso tra 0.2 e 10 µm di raggio. MicroMED è stato progettato per aspirare le particelle situate in sospensione nell'atmosfera di Marte, indirizzarle verso una piccola regione (volume di campionamento) posta all'interno dello strumento e illuminata da un sistema ottico, e determinarne le dimensioni. Sono stati realizzati due prototipi dello strumento. Il primo modello è costituito dalla sola scatola dello strumento, di cui sono state riprodotte fedelmente le dimensioni interne come da disegno, oltre ai condotti di aspirazione (inlet) e di scarico (outlet) e alla pompa. E' stato utilizzato per caratterizzare gli aspetti fluidodinamici del sensore. Il secondo prototipo contiene anche il sistema ottico e l'elettronica di prossimità ed è stato utilizzato per i test funzionali e di calibrazione. Sono stati eseguiti diversi test atti a dimostrare la funzionalità e le prestazioni dell'esperimento. I test che hanno riguardato gli aspetti fluidodinamici di MicroMED hanno avuto lo scopo di verificare il sistema di aspirazione, il regime del flusso (turbolento o laminare) e studiare il moto delle particelle nel flusso. I risultati hanno indicato che MicroMED è capace di aspirare particelle nell'intervallo dimensionale richiesto (0.4-20 m), che il regime del flusso è laminare e che le particelle subiscono una deviazione rispetto alla linea centrale del flusso aspirato dipendente dalla loro dimensione. Tali deviazioni sono comunque minori della dimensione del volume di campionamento per cui tutte le particelle in transito all'interno dello strumento possono essere rilevate. I test hanno confermato i risultati delle simulazioni effettuate in ambiente Fluent. La scheda dell'elettronica di prossimità è stata testata per verificare che la banda passante fosse adeguata alla rilevazione del passaggio di grani aspirati dallo strumento. La differente velocità posseduta dalle particelle incide infatti sui tempi di attraversamento del volume di campionamento e quindi sulla durata del segnale in uscita dal fotodiodo, che viene processato dall'elettronica di prossimità. I risultati dei test dimostrano che il segnale amplificato da entrambi i canali della PE non subisce distorsioni al variare del tempo di attraversamento delle particelle. La PE è quindi adeguata a processare i segnali generati dal rivelatore dello strumento. Le misure eseguite sul sistema ottico hanno permesso di caratterizzare il volume di campionamento dello strumento, ovvero di misurarne la forma, la dimensione e la potenza ottica. Il volume di campionamento ha forma ellittica, l'asse maggiore misura 518 µm e l'asse minore 210 µm, la potenza ottica è di 74.5 mW. Utilizzando i risultati della caratterizzazione è stata ricavata la densità di energia. Tale valore è stato utilizzato come parametro in una simulazione basata sulla teoria di Mie, il cui risultato rappresenta la risposta teorica strumentale di MicroMED. I test funzionali e di calibrazione eseguiti sul secondo prototipo hanno avuto l'obiettivo di studiare la risposta dello strumento al passaggio delle particelle all'interno del volume di campionamento al variare della loro dimensione. Per questi test sono state utilizzate particelle sferiche calibrate con dimensione di: 1.046, 2.043, 4.051, 6.178, 8.496 µm di diametro. I segnali in uscita dallo strumento (in Volt) al variare delle dimensioni dei grani rilevati sono stati confrontati con la risposta strumentale teorica ottenuta a partire dalla teoria di diffusione di Mie. L'accordo tra i dati teorici e sperimentali è ottimo e dimostra la piena funzionalità e rispetto dei requisiti scientifici dello strumento. I test sono stati eseguiti in una camera di simulazione marziana in cui è stato disegnato, installato e testato un sistema di iniezione di particelle. Le operazioni di MicroMED sono state gestite attraverso un sistema di acquisizione, controllo, archiviazione ed elaborazione dei dati (EGSE), realizzato specificatamente per questo strumento. Nel corso del lavoro di dottorato è stato quindi sviluppato, realizzato e testato un sensore capace di misurare la distribuzione dimensionale delle polveri. Il livello tecnologico (TRL) raggiunto, in base alla definizione della NASA, è superiore a 4: è stato realizzato un Elegant Breadboard, validato e testato in laboratorio. Parte dei test sono stati realizzati in condizioni marziane (relevant environment). MicroMED è stato proposto per essere inserito nel pacchetto di strumenti che verranno alloggiati sulla piattaforma di discesa della missione ExoMars 2018 all'interno di una suite di sensori, denominato Dust Suite, dedicato allo studio dei meccanismi di sollevamento della polvere su Marte e degli effetti da questi prodotti sul campo elettrico atmosferico.

The MicroMED experiment has been developed for the characterization of airborne dust close to the surface of Mars and is suitable to be accommodated on Martian landers or rovers. It is an optical particle counter, analyzing light scattered from single dust particles to measure their size and abundance. An Elegant Breadboard of the instrument has been realized and successfully tested in a Martian simulated environment. Test results demonstrate the expected functionality and performances of the experiment.

Monitoring of airborne dust is very important in planetary climatology. Indeed, dust absorbs and scatter solar and thermal radiation, severely affecting atmospheric thermal structure, balance and dynamics (in terms of circulations). Wind-driven blowing of sand and dust is also responsible for shaping planetary surfaces through the formation of sand dunes and ripples, the erosion of rocks, and the creation and transport of soil particles. Dust is permanently present in the atmosphere of Mars and its amount varies with seasons. During regional or global dust storms, more than 80% of the incoming sunlight is absorbed by dust causing an intense atmospheric heating. Airborne dust is therefore a crucial climate component on Mars which impacts atmospheric circulations at all scales. Main dust parameters influencing the atmosphere heating are size distribution, abundance, albedo, single scattering phase function, imaginary part of the index of refraction. Moreover, major improvements of Mars climate models require, in addition to the standard meteorological parameters, quantitative information about dust lifting, transport and removal mechanisms. In this context, two major quantities need to be measured for the dust source to be understood: surface flux and granulometry. While many observations have constrained the size distribution of the dust haze seen from the orbit, it is still not known what the primary airborne dust (e.g. the recently lifted dust) is made of, size-wise. MicroMED has been designed to fill this gap. It will measure the abundance and size distribution of dust, not in the atmospheric column, but close to the surface, where dust is lifted, so to be able to monitor dust injection into the atmosphere. This has never been performed in Mars and other planets exploration. MicroMED is an Optical Particle Counter, analyzing light scattered from single dust particles to measure their size and abundance. A proper fluid-dynamic system, including a pump and a sampling head, allows the sampling of Martian atmosphere with embedded dust. The captured dust grains are detected by an Optical System and then ejected into the atmosphere. MicroMED is a miniaturization of the instrument MEDUSA, developed for the Humboldt payload of the ExoMars mission. An Elegant Breadboard has been developed and tested and successfully demonstrates the instrument performances. The design and performance test results will be discussed.

Airborne dust and aerosol particles affect climate by absorbing and scattering thermal and solar radiation and acting as condensation nuclei for the formation of clouds. So, they strongly influence the atmospheric thermal structure, balance and circulation. On Earth and Mars, this 'climate forcing' is one of the most uncertain processes in climate change predictions. Wind-driven blowing of sand and dust is also responsible for shaping planetary surfaces through the formation of sand dunes and ripples, the erosion of rocks, and the creation and transport of soil particles. These processes are not confined to Earth, but occur also on Mars, Venus and Titan. It is clear that the knowledge of the atmospheric dust properties and the mechanisms of dust settling and raising into the atmosphere are important to understand planetary climate and surface evolution. On Mars the physical processes responsible for dust injection into the atmosphere are still poorly understood, but they likely involve saltation as on Earth. Saltation is a process where large sand grains are forced by the wind to move in ballistic trajectories on the soil surface. During these hops they hit dust particles, that are well bound to the soil due to interparticle cohesive forces, thus transferring to them the momentum necessary to be entrained into the atmosphere. Recently, it has been shown that this process is also responsible to generate strong electric fields in the atmosphere up to 100-150 kV/m. This enhanced electric force acts as a feedback in the dust lifting process, lowering the threshold of the wind friction velocity u* necessary to initiate sand saltation. It is an important aspect of dust lifting process that need to be well characterized and modeled. Even if literature reports several measurements of E-fields in dust devils events, very few reports deal with atmospheric electric properties during dust storms or isolated gusts. We present here preliminary results of an intense field test campaign we performed in the West Sahara during the 2013 and 2014 dust storm seasons. We collected a statistical meaningful set of data characterizing relationship between dust lifting and atmospheric E-field that had never been achieved so far.

The experimental determination of local bone deformations due to implant loading would allow for a better understanding of the biomechanical behavior of the bone-implant-prosthesis system as well as the influence of uneven force distribution on the onset of implant complications. The present study aimed at describing an innovative in vivo strain gauge measurement technique to evaluate implant-to-bone force transmission, assessing whether and how oral implants can transfer occlusal forces through maxillary bones. In vivo force measurements were performed in the maxillary premolar region of a male patient who had previously received a successful osseointegrated titanium implant. Three linear mini-strain gauges were bonded onto three different buccal cortical bone locations (i.e. coronal, middle, apical) and connected to strain measuring hardware and software. A customized screw-retained abutment was manufactured to allow for vertical and horizontal loading tests. As to the vertical load test, the patient was instructed to bite on a load cell applying his maximum occlusal force for 20 s and then recovering for 10 s to restore the bone unstrained state; the test was repeated 20 times consecutively. As regards the horizontal load test, the implant was subjected to a total of 20 load applications with force intensities of 5 and 10 kg. During the tests, the recorded signals were plotted in real time on a graph as a function of time by means of a strain analysis software. The described strain gauge measurement technique proved to be effective in recording the forces transmitted from osseointegrated implants to the cortical bone. Horizontal loads caused higher deformations of cortical bone than vertical biting forces; in both situations, the deformation induced by the force transferred from the implant to the bone progressively decreased from the coronal to the apical third of the alveolar ridge. At approximately 9 mm from the implant neck, the effect of occlusal force transmission through osseointegrated titanium implants was negligible if compared to the apical region.