Viaggio nel sistema solare: Marte

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livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Marte

Dopo aver visitato, Venere, superiamo la Terra e ci dirigiamo ora verso Marte, il quarto pianeta dal Sole e il secondo pianeta più piccolo del Sistema Solare dopo Mercurio. Un viaggio altrettanto lungo, verso un pianeta sorprendentemente simile alla Terra.

Marte
Nell’immaginario collettivo Marte è il pianeta di origine di alieni extraterrestri. Tutto iniziò con l’astronomo italiano Schiapparelli che disegnò le famose mappe marziane che riportavano delle formazioni geologiche che facevano pensare a degli strani canali. Passarono molti anni e, alla fine del XIX secolo, Percival Lowell, un ricco ed eclettico uomo d’affari americano, appassionato astronomo nel 1895 pubblicò le sue osservazioni marziane in un libro, “Mars“, che fu seguito da altri due fantasiosi volumi “Mars and Its Canals” (1906), e “Mars As the Abode of Life” (1908).

Percival Lowell fece una dettagliata descrizione di  “configurazioni non naturali” della superficie di Marte, sostenendo che quei canali fossero stati costruiti da “esseri intelligenti col proposito di gestire al meglio le insufficienti risorse idriche del pianeta”. Persino il New York Times prese per buona la notizia e Herbert G. Wells ci scrisse addirittura un romanzo “La guerra dei mondi”, un classico della letteratura fantascientifica che fu in seguito ripreso da quel buontempone di Orson Welles in una storica trasmissione radiofonica,  creando il panico negli Stati Uniti.

Il pianeta rosso che splende nel cielo
Marte è sicuramente un pianeta misterioso che può essere facilmente visto dalla Terra, brillante e luminoso, ad occhio nudo. La sua apparente magnitudine raggiunge -2,94, che è superata solo da Giove, Venere, la Luna e il Sole.

Come si formò?
Dopo la formazione dei pianeti, essi furono bersagliati da meteoriti anche di grandi dimensioni. Circa il 60% della superficie di Marte fu probabilmente soggetta a questi impatti. Sul pianeta è stato scoperto un enorme bacino di impatto nell’emisfero settentrionale di Marte, che copre una superficie di 10.600 per 8.500 km, circa il 40% del pianeta. Si ritiene che Marte fu colpito circa quattro miliardi di anni da un corpo delle dimensioni di Plutone.

Un cratere triplo nella regione di Terra Sirenum su Marte – tachyonbeam.com 

Gli scienziati riassumono la sua storia geologica in tre periodi primari:
Periodo noachiano: da 4,5 a 3,5 miliardi di anni fa. Le superfici dell’età noachiana mostrano molti crateri di grande impatto. Si ritiene che il rigonfiamento di Tharsis, un altopiano vulcanico, si sia formato durante questo periodo, con estese inondazioni di acqua liquida alla fine del periodo.

Periodo esperio (dal nome di Hesperia Planum): da 3,5 a 3,3 e 2,9 miliardi di anni fa, durante il quale si formarono delle vaste pianure laviche.

Periodo amazzonico (dal nome Amazonis Planitia): tra 3,3 e 2,9 miliardi di anni fa ad oggi. Le regioni interessate presentano pochi crateri da impatto meteorico. 
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La sua similarità con la Terra ha sempre affascinato gli astronomi, basta osservare questa tabella.

Il lago Eridania una volta copriva oltre un milione di chilometri quadrati, prima di suddividersi in quattro bacini più piccoli, Atlantis Chaos (nell’immagine), Simois Colles, Caralis Chaos, fino a scomparire del tutto insieme all’altra acqua del pianeta. da articolo pubblicato su Journal of Geophysical Research-Planets dedicato a terra Sirenum

Clima
Ed ecco che incominciano i problemi. La sottile atmosfera marziana è composta per circa il 96% di anidride carbonica, 1,93% di argon e 1,89% di azoto, insieme a tracce di ossigeno e acqua.

la sottile atmosfera marziana

Nell’atmosfera sono state ritrovate anche tracce di metano in pennacchi estesi rilasciato dalla superficie con concentrazioni che oscillano da circa 0,24 ppb durante l’inverno settentrionale a circa 0,65 ppb durante l’estate che indicano la presenza di una fonte attiva di gas. Il metano potrebbe essere prodotto mediante un processo non biologico come la serpentinizzazione che coinvolge acqua, anidride carbonica e l’olivina minerale, che è nota per essere comune su Marte.

rilascio di metano nell’estate settentrionale

Un’altra ipotesi, sicuramente più intrigante è che venga prodotto da forme di vita microbiche metanogeniche che risiedono in profondità nel sottosuolo marziano.

Il pianeta è 1,52 volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra, ricevendone solo il 43% della quantità di luce solare. Le stagioni di Marte sono nel sistema solare le più simili a quelle terrestri, a causa delle simili inclinazioni degli assi di rotazione dei due pianeti. Le lunghezze delle stagioni marziane sono circa il doppio di quelle terrestri perché la maggiore distanza di Marte dal Sole comporta che il suo anno sia circa di due anni terrestri. In realtà se Marte avesse un’orbita simile a quella terrestre, le sue stagioni sarebbero simili alle nostre, perché il periodo di rotazione e l’inclinazione dell’asse di rotazione rispetto al piano eclittico sono molto simili.

meteorologicamente Marte è battuto da grandi tempeste di polvere che raggiungono velocità di oltre 160 km / h (100 mph) che possono interessare l’intero pianeta e tendono a verificarsi quando Marte è più vicino al Sole

Le temperature della superficie marziana variano dai minimi di circa −143 ° C alle calotte polari invernali a massimi fino a 35 ° C nell’estate equatoriale.

Geologia
Il nucleo è circondato da un manto di silicato che ha formato molte delle caratteristiche tettoniche e vulcaniche del pianeta, ma sembra essere inattivo. Il suo colore rosso è dovuto all’ossido di ferro prevalente sulla sua superficie. Oltre al silicio e all’ossigeno, gli elementi più abbondanti nella crosta marziana sono ferro, magnesio, alluminio, calcio e potassio. Lo spessore medio della crosta del pianeta è di circa 50 km con uno spessore massimo di 125 chilometri.

foto scattata da Curiosity

La densità di Marte è minore di quella della Terra, con circa il 15% del volume terrestre e l’11% della massa terrestre. Sebbene non si abbiano prove di un campo magnetico globale strutturato, le osservazioni mostrano che parti della crosta del pianeta furono in passato magnetizzate, suggerendo che si verificarono inversioni di polarità alternate del suo campo.

Questo paleomagnetismo di minerali magneticamente sensibili è simile alle bande alternate che si trovano sui fondali oceanici della Terra. Secondo una teoria, pubblicata nel 1999 e riesaminata nell’ottobre 2005 (con l’aiuto del Mars Global Surveyor) si ritiene che quattro miliardi di anni fa su Marte era presente un’attività tettonica a placche, prima che la dinamo planetaria cessasse di funzionare e il campo magnetico del pianeta si azzerasse.

Depressioni smerlate sulla superficie dell’Utopia Planitia suggeriscono la presenza di grandi volumi di ghiaccio sotterraneo. Credito di immagine: NASA / JPL-Caltech / Università dell’Arizona

Nel novembre 2016, la NASA ha riferito di aver trovato una grande quantità di ghiaccio sotterraneo nella regione di Utopia Planitia. Notevole il monte Olympus, il vulcano più grande conosciuto nel Sistema Solare, e di Valles Marineris, uno dei più grandi canyon osservati. Il bacino liscio di Borealis nell’emisfero settentrionale copre addirittura il 40% del pianeta. Le Cerberus Fossae è un insieme di strutture geologiche della superficie di Marte risalenti all’incirca a 5 milioni di anni fa e si ritrovano all’interno di un’area denominata Elysium Planitia di circa 3000 km di diametro. Ma esistono anche attività relativamente recenti; nell’area di Cerberus Palus avvennero intrusioni vulcaniche meno di 20 Mya. Il 19 febbraio 2008, le immagini del Mars Reconnaissance Orbiter hanno mostrato segni di una frana da una falesia alta 700 metri.

Mineralogicamente parlando Marte può essere definito un pianeta terrestre, costituito da minerali contenenti silicio e ossigeno, metalli e altri elementi rocciosi. La sua superficie è principalmente composta da basalti, simili alle rocce andesitiche sulla Terra. Sono state trovate anche concentrazioni localizzate di ematite e olivina. La sonda Phoenix ha restituito dati sul suolo che risulta leggermente alcalino e contente magnesio, sodio, potassio e cloro con un pH di base di 7,7 con una percentuale dello 0,6% di perclorato di sale. Questa è una concentrazione molto elevata che rende di fatto tossico il suolo marziano.

Dalle osservazioni la superficie di Marte appare separata in due aree: pianure più chiare ricoperte di polvere e sabbia ricche di ossidi di ferro rossastro, un tempo pensate come “continenti” marziani come Amazonis Planitia, e aree scure, un tempo considerate mari (tra cui Mare Erythraeum, Mare Sirenum e Aurorae Sinus). Nelle zone polari si osservano due calotte permanenti; quella settentrionale chiamata Planum Boreum, e quella meridionale detta Planum Australe che sembrano essere formate in gran parte da acqua con un mantello di permafrost che si estende dal polo a latitudini di circa 60 °.

calotta polare settentrionale

I dati radar delle sonde Mars Express e Mars Reconnaissance Orbiter hanno rivelato grandi quantità di ghiaccio su entrambi i poli (luglio 2005) ed alle medie latitudini (novembre 2008). Morfologicamente parlando, oltre ai crateri, si osservano ripidi pendii, depressioni e grandi vallate. Curiosa la presenza di strisce di diverso colore che hanno fatto ipotizzare fenomeni idrogeologici. Nel caso fossero confermati, i futuri astronauti si troverebbero davanti un bel mistero. Teoricamente su Marte non dovrebbe infatti esistere acqua allo stato liquido a causa della bassa pressione atmosferica, inferiore all’1% di quella terrestre.

Il sogno marziano
Dopo aver descritto il pianeta rosso, parliamo ora delle prospettive per la sua candidatura a diventare la prima colonia extraterrestre. Durante il perielio, Marte presenta delle condizioni che potrebbero consentire la sopravvivenza di una colonia sul pianeta. La mancanza di una magnetosfera e l’atmosfera estremamente sottile di Marte rappresentano infatti una sfida che comporta uno scarso trasferimento di calore sulla sua superficie, isolamento dal bombardamento del vento solare e una pressione atmosferica insufficiente per trattenere l’acqua in forma liquida. Non è chiaro quanto Marte sia ancora geologicamente attivo, limitando così lo scambio tra la superficie e l’interno del pianeta.

Il Rover Mars Spirit fu un robot della NASA inviato su Marte per condurre le prime esplorazioni del suolo marziano. Atterrò per primo sul pianeta il 4 gennaio 2004, tre settimane prima dell’arrivo della sonda Opportunity.

Un passo avanti sono state le indagini effettuate dai lander Viking, dai rover Spirit e Opportunity, dai lander Phoenix e dall’incredibile rover Curiosity che, contro tutte le aspettative, sta continuando a operare oltre i tempi previsti per l’esaurimento delle sue batterie. I dati raccolti suggeriscono che una volta il pianeta fosse significativamente più abitabile di quanto non lo sia oggi. Le sonde Viking, della metà degli anni ’70, condussero esperimenti progettati per rilevare microrganismi nel suolo marziano nei rispettivi siti di atterraggio e sembrarono ottenere dei risultati positivi, tra cui un aumento temporaneo della produzione di CO2 sull’esposizione all’acqua e ai nutrienti. La missione del Phoenix nel 2014 mostrò un ambiente gravemente arido, con interazione minima o nulla dell’acqua liquida. Interessante fu la scoperta di acque sotterranee nel Planum Australe. Il 7 giugno 2018, la NASA comunicò che il rover Curiosity aveva scoperto composti organici in rocce sedimentarie risalenti a tre miliardi di anni fa, indicando che erano presenti alcuni elementi costitutivi della vita.

Calotta polare meridionale

Nel luglio 2018, gli scienziati hanno riportato la scoperta di un lago subglaciale su Marte, il primo corpo idrico stabile noto sul pianeta. Si trova a 1500 metri sotto la superficie alla base della calotta polare meridionale ed è largo circa 20 chilometri. Il lago era stato scoperto utilizzando il radar MARSIS a bordo dell’orbiter Mars Express tra maggio 2012 e dicembre 2015, in un’area piatta che non presentava particolari caratteristiche topografiche.

Esplorazioni future
La NASA prevede di lanciare il Rover Mars 2020 tra il 17 luglio e il 5 agosto 2020 per la raccolta di campioni che saranno poi riportati sulla Terra.

Rover Mars 2020

L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) lancerà l’ExoMars nel luglio 2020. Inoltre sempre nel 2020 sarà lanciata la sonda Mars Hope dagli Emirati Arabi Uniti, per raggiungendo l’orbita di Marte nel 2021 per effettuare uno studio globale dell’atmosfera marziana.

Le missioni umane
Il fondatore di SpaceX, il miliardario Elon Musk, ha annunciato nel settembre 2016 di voler inviare missioni spaziali su Marte nel 2024, con un costo di sviluppo stimato di 10 miliardi di dollari. Ma non è l’unico. Anche la NASA ha programmato delle missioni su Marte entro i primi anni ’30 del XXI secolo.

Orion, visione pittorica

Il programma NASA prevede l’impiego di un nuovo velivolo, l’Orion. Una delle sue prime missioni, prevista negli anni ’20, sarà l’atterraggio su un asteroide, che verrà posizionato in un’orbita stabile attorno alla luna usando un veicolo spaziale robotizzato. Questa missione per il reindirizzamento di asteroidi metterà alla prova nuove tecnologie, come la propulsione elettrica solare, che potrebbe aiutarci ad inviare carichi pesanti su Marte prima delle missioni umane. Gli astronauti torneranno sulla Terra con campioni dell’asteroide, dopo aver testato una serie di strumenti e tecniche di raccolta che saranno utilizzate nelle future missioni umane su Marte. Il programma prevede un primo volo con equipaggio già nel 2021.

In seguito (fase 2) verrà realizzato il “Deep Space Transport (DST), un veicolo spaziale interplanetario della NASA per supportare missioni di esplorazione scientifica su Marte fino a 1.000 giorni. Sarebbe composto da due elementi: una capsula Orion e un capiente modulo abitativo a propulsione. Si tratta di un progetto ambizioso che la NASA non ha però ufficialmente messo nel suo bilancio. Il veicolo DST dovrebbe operare dal Lunar Gateway, in orbita intorno alla luna, per essere riutilizzato per ogni nuova missione su Marte. I problemi da risolvere sono però ancora tanti, legati alla lunghezza del viaggio e ai relativi risvolti psicologici. Non ultimi sono quelli sanitari dovuti all’esposizione ai raggi cosmici e alle radiazioni ionizzanti. Nel maggio 2013, gli scienziati della NASA, basandosi sulla misurazione di particelle energetiche misurata dal Mars Science Laboratory durante la missione Terra-Marte nel 2011-2012 hanno calcolato fosse di 0,66 sievert.

Considerando che il limite di radiazioni per gli astronauti è un sievert, una missione su Marte potrebbe comportare un grave rischio per gli astronauti. La valutazione si è aggravata quando, nel settembre 2017, la NASA ha riferito di aver misurato dei livelli di radiazione maggiori sulla superficie di Marte, dovuti ad un’aurora 25 volte più luminosa di qualsiasi altra osservata in precedenza, a causa di un’improvvisa tempesta solare inaspettata.

Un altro problema sono gli effetti negativi sulla salute dovuti all’assenza di gravità prolungata, perdita del tono muscolare e della vista. Nel novembre 2019, dopo sei mesi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale alcuni astronauti hanno avuto gravi problemi di flusso sanguigno e coaguli agli occhi.

Tanti problemi che fanno presagire che la missione su Marte sarà posticipata per molti anni ancora.
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Andrea Mucedola

ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. E’ docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione scientifica.

www.ocean4future.org