Marte (astronomia)
Indice
Descrizione generale
Pianeta del sistema solare, il più vicino alla Terra fra i pianeti esterni e il quarto dal Sole (simbolo ♂). Marte si muove su un'orbita ellittica, di eccentricità 0,093 e inclinata sull'eclittica di 1º,9, a una distanza media dal Sole di 227,8 milioni di chilometri (1,52 unità astronomiche); il periodo di rivoluzione siderale è di 1,88 anni. Rispetto alla Terra, il periodo sinodico è di 2 anni e 50 giorni ca.; dopo questo periodo Marte si trova all'opposizione rispetto al Sole ed è nelle condizioni migliori per l'osservazione. La distanza Terra-Marte, a causa anche dell'eccentricità dell'orbita terrestre, può variare, all'opposizione, tra ca. 55 e ca. 101 milioni di chilometri: tale distanza è minima durante le opposizioni che si verificano verso la fine di agosto (dette anche grandi opposizioni) in quanto in quell'epoca la Terra si trova all'afelio e Marte al perielio. Le grandi opposizioni si verificano ogni 15÷17 anni. Le variazioni di distanza comportano variazioni di 5 unità (da +2m a –3m ca.) nella magnitudine apparente del pianeta all'opposizione. Il suo diametro è di 6787 km all'equatore, con uno schiacciamento di 0,009; la massa di Marte è 0,107 volte quella della Terra e la sua densità media è di 3,95 g · cm–3; l'accelerazione di gravità superficiale è quindi solo il 38% di quella terrestre e la velocità di fuga 5,0 km · s–1. Marte ruota su se stesso con un periodo di 24h37min23s, superiore di soli 41 minuti al periodo di rotazione siderale della Terra; l'inclinazione dell'equatore marziano sul piano dell'orbita è di 23º59´, il che dà luogo a stagioni simili a quelle della Terra, ma più lunghe a causa del maggior periodo siderale di Marte. § Marte ha due satelliti, Phobos e Deimos, di forma molto irregolare e craterizzata (dimensioni: 19×21×27 km e 11×12×15 km), scoperti nel 1877 dall'americano A. Hall. Hanno periodo di rotazione attorno al pianeta di 7h39min e 30h17min e distano in media da esso 9000 e 24.000 km. Sulla base di valutazioni di differenze strutturali rilevate fra Marte e le sue lune, vi sarebbe la possibilità che queste ultime rappresentino i corpi maggiori di uno sciame di relitti prodotti e sollevati in passato, intorno al pianeta madre, dall'impatto di un asteroide di almeno 1800 km di diametro.
L'esplorazione del pianeta
Nel periodo precedente l'esplorazione di Marte con sonde interplanetarie, la conoscenza del pianeta era ristretta ai dati dell'orbita, a forma, dimensioni e caratteristiche fisiche medie, quali volume, massa, densità. Sulla superficie del pianeta, di aspetto rossastro, si osservavano talvolta variazioni di colore, dovute probabilmente a fenomeni atmosferici. Con i telescopi ottici si riteneva di distinguere delle zone scure, chiamate continenti, e delle vaste zone rossastre, denominate deserti, talvolta collegate tra loro da oasi e da canali. L'astronomo G.V. Schiaparelli aveva addirittura creduto di osservare una rete di canali di dimensioni ciclopiche. Nel 1963 utilizzando un radar con base sulla Terra si trovò che la superficie di Marte è molto scabra e con dislivelli altissimi. In realtà, la conoscenza di Marte cominciò con le osservazioni del pianeta, effettuate con sonde interplanetarie, passate in prossimità, entrate in orbita o atterrate sulla sua superficie. Il primo sorvolo di Marte fu effettuato nel 1965 dalla sonda statunitense Mariner 4 che trasmise alla Terra ventuno immagini televisive della superficie. Nel 1971 il modulo di discesa della sonda sovietica Mars 3 effettuò una discesa morbida sul pianeta e trasmise importanti dati. Nello stesso anno Mariner 9 entrò in orbita attorno al pianeta e trasmise alla Terra oltre 7000 immagini televisive della superficie di Marte e dei 2 satelliti. Fu il primo veicolo spaziale a entrare in orbita attorno a un pianeta che non fosse la Terra. Risultati molto più interessanti furono ottenuti dalle sonde statunitensi Viking 1 e Viking 2. Viking 1 entrò in orbita marziana nel giugno 1976 e fece posare il suo modulo di atterraggio nella regione chiamata Chryse Planitia; Viking 2 fece atterrare poco dopo il suo modulo a Utopia Planitia, a una distanza di ca. 6000 km dalla prima zona. Tutte le missioni spaziali verso Marte immediatamente successive fallirono parzialmente (Fobos II, 1988) o totalmente (Fobos I, 1988; Mars Observer, 1993; Mars ‘96, 1996). Poi, nel 1996, vennero lanciate le sonde statunitensi Mars Pathfinder e Mars Global Surveyor: la prima atterrò sul pianeta rosso il 4 luglio 1997 ed effettuò osservazioni meteorologiche e analisi chimiche delle rocce, avvalendosi anche di un robot mobile (il Sojourner); la seconda entrò in orbita intorno a Marte nel settembre dello stesso anno per compiere una mappatura completa della superficie del pianeta con una risoluzione di soli 1,5 km. Inoltre, per studiare l'atmosfera e il clima di Marte venne progettato il satellite Mars Climate Orbiter che, riaprendo la serie negativa, nel 1999 si schiantò sul pianeta a causa di un errore nei calcoli orbitali. Nel dicembre 1999 andò persa anche la Mars Polar Lander, una sonda della NASA provvista di due microsonde, che avrebbero dovuto trivellare la superficie del pianeta alla ricerca di acqua. Nel 2001, dopo le ultime imprese sfortunate, l'esplorazione del pianeta con sonde interplanetarie riprese con vigore con la sonda della NASA Mars Odissey 2001, che scoprì subito (2002) forti indizi della presenza di enormi quantità d'acqua sotto la superficie marziana. Nel 2003 vennero lanciate verso Marte ben 4 sonde. La giapponese Nozomi mancò l'obiettivo e non riuscì a entrare in orbita attorno al pianeta. Le statunitensi Mars Explorer Rover A e B, lanciate rispettivamente il 10 giugno 2003 e il 7 luglio dello stesso anno, entrarono, invece, in orbita attorno al pianeta e vi sbarcarono sulla superficie, l'una il 4 gennaio e l'altra il 25 gennaio 2004, due robot semoventi: il primo, chiamato Spirit, nell'area del Cratere Gusev, all'equatore marziano; l'altro, chiamato Opportunity, nell'area chiamata Meridiani Planum, in posizione diametralmente opposta. I due robot avevano il compito di cercare l'acqua e di determinarne l'importanza nella storia geologica del pianeta. Dotata di attrezzature più efficienti e sensibili, aveva compiti analoghi la sonda Mars Express, delle agenzie europea ESA (Agenzia Spaziale Europea) e italiana ASI (Agenzia Spaziale Italiana). Lanciata il 2 giugno 2003 e in orbita dal 24 dicembre attorno al pianeta, nel 2004, appena diventata pienamente operativa, non solo dimostrò la presenza di grandi quantità d'acqua nelle calotte polari marziane, ma osservò anche sulla superficie del pianeta una presenza di metano che poteva significare l'esistenza di forme di vita. Nel 2007 veniva lanciata sul pianeta la sonda Phoenix Mars Lander; atterrata vicino alla calotta polare settentrionale per cercare acqua e microbi, nel novembre 2008 non dava più segnali di attività a causa delle condizioni estreme del pianeta e per un'improvvisa tempesta di polvere. Nel novembre del 2011 la NASA ha lanciato il robot Curiosity atterrato su Marte nell'agosto del 2012, nell'emisfero settentrionale del pianeta. A bordo, oltre a un laser per la polverizzazione degli ostacoli e a batterie nucleari al plutonio, Curiosity porta un chip con la scansione di un ritratto di Leonardo e di 18 fogli del Codice del volo. A conferma della complessa chimica del pianeta rossa, la sonda ha trovato acqua, zolfo e sostanze clorurate nei primi campioni di suolo marziano. Nel 2014 Marte è stato raggiunto dalla Mars Orbiter Mission dell’Indian Space Research Organization. L’ESA e l’Agenzia spaziale russa nel 2016 hanno avviato la missione ExoMars che prevedeva il lancio di un lander (andato distrutto nel tentativo di atterrare sul pianeta) di un orbiter nel 2016 e di un rover nel 2022. La missione Nasa per l'esplorazione di Marte Mars 2020 è partita il 30 luglio 2020 da Cape Canaveral e il suo arrivo sulla superficie di Marte ha avuto esito positivo il 18 febbraio 2021 alle ore 21:55 CET. La missione prevede l'invio del rover Perseverance e ha lo scopo di verificare l'abitabilità del pianeta, investigare il suo passato, reperire tracce di vita biologica e stoccare campioni geologici. Ulteriori missioni sono previste nei prossimi anni; nel 2022 anche l’agenzia privata SpaceX di Elon Musk conta di mandare una navicella per la produzione di risorse nella prospettiva di auna missione umana nel 2024. Entro il 2028 la Nasa ha l’obiettivo di inviare astronauti su Marte con la missione Mars Base Camp; l’ESA invece prevede di farlo tra 2030 e 2035.
Morfologia: la superficie
L'emisfero settentrionale di Marte manifesta una crosta di riformazione, dominata da ampie distese, più o meno levigate, di materiali effusivi riversatisi in tempi recenti dagli strati subcrostali. L'attività endogena del pianeta è resa palese dalla presenza di altopiani di natura plutonica (dorsali di Elysium, Tharsis) dai quali si elevano edifici vulcanici a scudo la cui imponenza (Monte Olympus, il maggiore, misura 570 km di diametro di base e raggiunge i 26 km di quota; Monte Ascreus rispettivamente 400 e 20 km; e dimensioni comparabili misurano i vulcani Pavonis e Arsia) lascia comprendere che le formazioni si sono mantenute e accresciute in loco per tempi prolungati, forse fino a 100 milioni d'anni or sono. I movimenti tettonici, peraltro, sembrano esser stati così deboli da non aver mai consentito, sul pianeta, una significativa suddivisione e mobilità di zolle crostali. La crosta che ricopre l'emisfero australe appare di origine più antica, in quanto le tracce del bombardamento meteoritico delle prime età sopravvivono in un ricco assortimento di crateri e di bacini d'impatto, il più vasto dei quali, Hellas, ha un diametro di 4000 km, come misurato dal Mars Global Surveyor, ed è probabilmente il più grande cratere da impatto mai osservato. La differente storia geologica dei due emisferi appare sottolineata, in corrispondenza dei loro margini d'accostamento, dalla presenza di un imponente sistema di faglie e di fratture che documentano i processi di lacerazione dai quali la superficie marziana è stata sconvolta nel corso della sua differenziazione. Il sistema di fratture inizia a ridosso della dorsale di Tharsis, in zona equatoriale, con l'intrico di Labyrinthus Noctis sfociante verso est nel Tithonius Chasma e nel Coprates, canyons profondi alcune migliaia di metri e larghi fino a 75 km. La faglia prosegue nella cosiddetta Valles Marineris, impressionante frattura che si estende per oltre 4500 km con larghezze e profondità fino a 120 km e 6000 metri. I rilevamenti fotografici hanno anche rivelato la presenza su Marte di terreni di natura alluvionale sui quali compaiono le tracce di antichi depositi fluviali (i cosiddetti channels); gli stessi rilevamenti, in corrispondenza delle regioni polari, hanno posto in evidenza terreni incoerenti e caotici (resi tali da iterati fenomeni di glaciazione), e terreni lamellari che si ritengono dovuti a processi ricorrenti di deposizione di permafrost (sabbie intrise di ghiaccio d'acqua). L'acqua, infatti, non rilevata alla superficie, esiste ancora nel pianeta e costituisce, sotto forma di ghiaccio, come ha dimostrato la sonda europea Mars Express, gran parte delle due calotte polari che nella stagione invernale si ricoprono superiormente di anidride carbonica.
Morfologia: natura del suolo
I moduli dei due Viking hanno analizzato chimicamente la superficie nei punti di atterraggio che risultano ricoperti da depositi sabbiosi ricchi di ferro (14%) e silicio (15-20%) e presentano tracce di vari altri elementi (Ca, Al, S, Ti, Mg, Cs e K). Le analisi del Pathfinder hanno invece mostrato una percentuale di silicio nelle rocce ancora superiore nel sito studiato. Su Marte non si sono ancora trovate tracce di molecole complesse organiche, sebbene queste appaiano in meteoriti marziani ritrovati sulla Terra, come il noto AH 84001. Sulla base dello sprofondamento dei sostegni dei moduli di approdo entro il suolo marziano e dei risultati dell'attività di scavo delle pale meccaniche, è apparso che il suolo, almeno nelle aree di atterraggio, possiede una consistenza granulosa che ricorda il regolite lunare, abbondante di materiale eruttivo e di brecce.
Morfologia: struttura interna
A somiglianza degli altri pianeti del sistema, Marte si è costituito 4,5 miliardi di anni or sono dall'aggregazione di planetesimi, ma, in qualità di pianeta di tipo “terrestre”, esso è andato incontro a una fase di fusione e di rimescolamento del proprio interno che ha dato luogo alla “differenziazione”, per strati mineralogici chimicamente diversificati, dell'intera massa planetaria. Si ammette quindi che Marte possegga un nucleo centrale circondato da un mantello e da una crosta superficiale. Sembra che quest'ultima sia spessa mediamente 40-50 km, uno spessore per lo meno doppio di quello della crosta terrestre. Il fatto di essere tanto massiccia e di mancare di un'adeguata base fluida di sostegno (l'astenosfera) è certamente la causa determinante della riscontrata assenza, sul pianeta, del costituirsi di placche continentali galleggianti simili a quelle terrestri. Sepolto sotto il mantello, il nucleo di Marte, povero di ferro e di nichel, non raggiungerebbe i 2500 km di diametro: troppo minuscolo, quindi, per risultare, a sua volta, differenziato in una sezione esterna fusa, idonea a innescare il noto meccanismo “a dinamo autoeccitata” che, come per la Terra, presiede alla generazione di un campomagnetico globale. Infatti il pianeta non possiede una magnetosfera, né fasce di radiazione tipo Van Allen. Nell'emisfero sud del pianeta il Mars Global Surveyor ha trovato, tuttavia, i residui “fossili”, impressi in faglie contigue magnetizzate, di un antico campo magnetico. Analogamente a quanto si osserva nella dorsale atlantica sulla Terra, le regioni limitrofe mostrano polarità inverse, il che indica che l'antico campo magnetico ha subìto inversioni di polarità simili a quelle del campo terrestre. Questa è inoltre un'ulteriore differenza tra i due emisferi di Marte e un ulteriore indizio del fatto che l'attuale morfologia e composizione dell'emisfero nord sia il risultato di un'evoluzione tettonica molto più recente.
Clima e meteorologia
L'aspetto del cielo marziano, spesso sconvolto da tempeste di sabbia (Mars 1, Mars 2 e Mariner 9 arrivarono durante una tale tempesta), ha una colorazione rosata. L'atmosfera di Marte, che in passato era decine e centinaia di volte quella attuale, ha una pressione al livello del suolo di ca. 6,7 mbar, ca. 150 volte inferiore di quella terrestre. La temperatura presenta sensibili variazioni giornaliere e con la quota: le temperature misurate al suolo dal Pathfinder variavano dagli oltre –70 °C al sorgere del sole fino ai –10 °C. A 1 m di quota i sensori della sonda misuravano temperature inferiori di 6°÷20 °C. L'atmosfera è composta principalmente da anidride carbonica (95%), ma contiene anche azoto biatomico (2,7%), argo (1,6%), tracce di ossigeno, vapore acqueo, monossido di carbonio, cripto e xeno. La circolazione aerea su Marte appare fondamentalmente governata dalle modificazioni stagionali cui vanno incontro le calotte polari: il loro estendersi genera, con il raffreddamento che ne consegue, il costituirsi di un gradiente termico che agisce da motore per le correnti atmosferiche, all'alimentazione delle quali contribuisce la depressione barica provocata dalla sublimazione al suolo di ingenti quantitativi di anidride carbonica. Lo spirare dei venti marziani si manifesta spesso in formazioni nuvolose di tipo ciclonico, così come appare in immagini rinviate dalle sonde automatiche. La rarefazione atmosferica favorisce nei venti lo sviluppo di velocità dell'ordine dei 200 km/h, tali da dimostrarsi capaci di sollevare grandiose tempeste di finissima sabbia che tutto offuscano, e che si rendono sovente visibili anche nel corso di osservazioni dalla Terra. È comprensibile che il vento costituisca il principale agente di erosione del suolo marziano, sul quale esso deposita e sposta variamente campi grandiosi di dune.
Evoluzione ambientale
Molteplici sono gli aspetti nella morfologia del pianeta (fenomeni erosivi, alluvionali, depositi stratiformi, escavazioni di natura fluviale ecc.) che suggeriscono, per il passato, un ambiente profondamente diverso da quello odierno. È infatti presumibile che un “effetto serra” abbastanza sensibile – generato da CO2 e dall'H2O liberati con i prodotti di degasificazione interna – abbia caratterizzato il clima primitivo del pianeta, garantendo una temperatura abbastanza elevata da consentire lo stabilirsi di una circolazione acquea completa con condensazioni, piogge, raccolta in bacini fluviali e marini, evaporazione. La presenza ubiquitaria, rilevata dal Mars Global Surveyor, di un silicato, l'olivina, la cui erosione è molto rapida, contrasta, però, con queste ipotesi, rendendo verosimile uno scenario in cui le condizioni iniziali del pianeta, sebbene diverse da quelle attuali, sarebbero state, comunque, piuttosto rigide. Le condizioni attuali, in ogni modo, sono il risultato, secondo i planetologi, del progressivo esaurirsi della coltre protettiva di CO2 che, in parte venne mineralizzato dalle acque e in parte (insieme all'H2O) rimase dissociato per l'ossidazione del suolo e per l'irradiazione solare. Tale processo di rarefazione del manto aereo cominciò 3,8 miliardi d'anni or sono, durante l'epoca geologica detta Era Noachiana e procedette inarrestabile provocando – insieme all'estendersi delle escursioni termiche diurne e stagionali e all'abbassamento generale della temperatura – l'irrigidimento del clima, e l'intrappolamento, congelati nel suolo, dei residui d'acqua e di altri fluidi. I risultati delle analisi effettuate su AH 84001, un meteorite ritenuto originario di Marte, hanno mostrato che, insieme a una perfetta corrispondenza chimica con l'ambiente originario (rivelato, a suo tempo, dalle sonde Viking) vi è traccia di molecole organiche complesse del tipo idrocarburi policiclici aromatici. Ciò testimonierebbe dell'abbondanza di CO2, H2O, N2, NH3, sostanze ritenute favorevoli allo sviluppo di una qualche forma biologica, pur se semplice, durante l'Era Noachiana. A questa stessa era i planetologi fanno risalire l'attività tettonica di Marte consistita sostanzialmente nella suddivisione della crosta in due grandi “placche”, che ampi processi di subduzione avrebbero in seguito dislocato di quota per ben 3000 m, differenziando gli odierni altopiani meridionali dai bassopiani settentrionali. La sutura dei due emisferi avrebbe dato origine all'imponente sistema di faglie e fratture di cui s'è detto .
Studi per la colonizzazione di Marte
Ricercatori americani, tra cui Christopher McKay della NASA e Robert Haynes, biofisico della York University dell'Ontario in Canada, hanno lavorato a un progetto per rendere il pianeta Marte vivibile, favorendo la vegetazione, immettendovi microorganismi, aumentando la temperatura dell'ambiente fino a 4,5 °C, provocando lo scioglimento dei ghiacci polari per consentire la formazione di laghi e fiumi. La NASA conta di portare i primi astronauti su Marte entro il 2020. La prima fase del progetto di colonizzazione consisterebbe nella costruzione di impianti alimentati da reattori nucleari per la produzione di fluoruro di zolfo o di tetrafluoruro di carbonio, che dovrebbero creare attorno al pianeta una coltre capace di trattenere il calore. Raggiunti i –15 °C (oggi la temperatura media è di –24,4 °C, con punte la notte di –51 °C), dal terreno inizieranno a filtrare azoto, biossido di carbonio (anidride carbonica), che consentiranno alle prime piante di vivere. L'interazione tra vegetazione e microrganismi farà aumentare la temperatura media. Il problema dell'assenza di ossigeno nell'atmosfera, che dovrà essere ricavato dall'anidride carbonica con apparecchi portatili, non è stato ancora risolto. Nell'ambito del programma, che prevede il lancio di una coppia di sonde ogni due anni, la NASA sta lavorando anche su un robot con fattezze umane e su un piccolo aereo, che dovrà sorvolare Marte a bassa quota. Per il primo, denominato androbot, i tecnici del Jet Propulsion Laboratory si sono ispirati ad alcuni disegni di L. da Vinci conservati nel Castello di Windsor. Il piccolo aereo allo studio, invece, è stato battezzato Kitty Hawk, per celebrare i 100 anni del primo volo dei fratelli Wright avvenuto a Kitty Hawk nel 1903. Questo, con l'aiuto di un paracadute, sarà fatto scendere attraverso l'atmosfera di Marte fino a una quota ottimale per l'osservazione, dalla quale inizierà il volo in modo del tutto automatico. Sarà equipaggiato con videocamere e sensori, simili a quelli usati per le mappe dei giacimenti minerari, che forniscono immagini più dettagliate persino del telerilevamento via satellite. Prima di precipitare, l'aeroplano-robot dovrebbe volare per 1600 km. Il territorio da esplorare sarà la Valles Marineris, una depressione 100 volte più grande del Grand Canyon, importante per la storia geologica del pianeta.
Modi di dire
Il nome del pianeta Marte è entrato nel linguaggio comune a indicare il martedì: giorno di ; è in uso in alcuni dialetti italiani e nella frase scherzosa: “di Venere e di Marte, non si sposa, non si parte”, perché considerato, nelle credenze popolari, giorno infausto come il venerdì. In chiromanzia, è detta monte di una delle sporgenze del palmo della mano.
Bibliografia
E. C. Slipher, The Photographic Story of Mars, Cambridge, 1962; P. Moore, Atlante dell'Universo, Milano, 1970; G. Ruggieri, La scoperta del pianeta Marte, Milano, 1971; P. Moore, E. Charles, Mars, Londra, 1973; G. Farrawell, S. Morrison, Mars and Venus, Londra, 1984.