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Testo
a cura dell’Unità “Osservazione dell’Universo” di ASI
www.asi.it
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MARTE, IL PIANETA ROSSO
Ogni
ventisei mesi Terra e Marte si trovano nella posizione più
opportuna per lanciare satelliti per l’esplorazione del Pianeta
Rosso che da molti anni ormai è sotto stretta osservazione. Il
motivo principale è che Marte è l’unico pianeta del Sistema
Solare dove sia ragionevole pensare che possano esserci, o esserci
state in passato, forme di vita simili alla nostra.
Ed è anche l’unico per il quale al momento si prevede una
futura visita e un’eventuale colonizzazione da parte dell’uomo.
Fu l’italiano Giovanni Schiaparelli nella seconda metà dell’Ottocento a effettuare la prima osservazione sistematica della superficie di Marte che portò tra l’altro, suo malgrado, alla nascita della leggenda dei marziani, causata da un’incomprensione sul termine “canali” da lui usata per indicare alcune particolari conformazioni che aveva osservato. E’ passato più di un secolo e ora i satelliti Mars Global Surveyor e Mars Odissey della Nasa ci danno una nuova visione del pianeta permettendoci di dimostrare la presenza di ghiaccio d’acqua nel sottosuolo oltre che ai poli e di ipotizzare l’esistenza sul pianeta di acqua allo stato liquido, nel passato e forse ancora oggi.
Dopo
alcune sonde russe e americane che hanno sfiorato Marte negli anni
Sessanta, i primi satelliti ad entrare in orbita intorno al pianeta
sono stati il Mars 3 e il Mariner 9 alla fine del 1971. In
trent’anni molte missioni hanno acquisito e inviato a Terra
immagini e dati, anche dalla superficie marziana, permettendo di
aumentare sempre più le conoscenze sul pianeta. Non poche hanno
fallito l’obiettivo per motivi diversi, contribuendo comunque al
successo delle successive.
Molte sono le domande che le osservazioni sempre più dettagliate hanno generato, dalla presenza dell’acqua al ruolo dei fenomeni vulcanici e tettonici, dall’evoluzione del campo magnetico alle caratteristiche dell’atmosfera, alla possibile esistenza di forme di vita, presenti o passate. Nei prossimi anni la sfida per la risoluzione degli ultimi misteri di Marte si farà sempre più internazionale, prevedendo l’impegno coordinato di tutte le maggiori agenzie spaziali, compresa quella italiana.
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MARS EXPRESS: L’EUROPA SU MARTE PER LA PRIMA VOLTA
L’Agenzia
Spaziale Europea si affianca finalmente a quella americana nello
studio del pianeta più simile alla Terra. La sonda Mars Express
(lancio a giugno 2003 dalla base di Baikonur in Kazakistan)
ha tutte le caratteristiche per fornire nuovi dati sull’atmosfera
e la superficie di Marte, complementari a quelli delle missioni
della Nasa. Scienziati e industrie italiane partecipano a pieno
titolo a questa impresa.
Il
satellite (arrivo a Marte nel dicembre 2003) ha a bordo sette
strumenti di osservazione, alcuni dei quali progettati e realizzati
per la sfortunata missione russa Mars '96, e un piccolo lander,
Beagle 2, che scenderà sulla superficie del pianeta per effettuare
misure in situ. L’orbiter, oltre agli strumenti
scientifici, ospita un sistema di telecomunicazione che servirà a
tenere i contatti con le diverse sonde che nei prossimi anni
raggiungeranno la superficie del pianeta. Mars Express è la prima
delle flexible mission dell’ESA, progetti che prevedono la
realizzazione e il lancio dei satelliti in tempi brevi e a bassi
costi, attraverso un nuovo metodo di gestione e finanziamento del
programma.
L’obiettivo
scientifico della missione è studiare l’atmosfera, la geologia e
la struttura del pianeta, con particolare attenzione alla ricerca di
acqua nascosta sotto la superficie. Proprio in questa indagine è
cruciale il ruolo italiano: il radar MARSIS (Mars Advanced Radar for
Subsurface and Ionosphere Sounding), che eseguirà una mappa della
distribuzione dell’acqua, sia solida sia liquida, nella parte
superiore della crosta marziana, è stato progettato e realizzato da
ASI in collaborazione con la NASA.
L’altro importante contributo nazionale alla missione è lo
strumento PFS (Planetary Fourier Spectrometer) che ha lo scopo di
studiare l'atmosfera di Marte. Scienziati italiani
collaborano inoltre ad altri tre strumenti scientifici dell’orbiter.
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L’ACQUA SU MARTE: DOVE E SOTTO QUALE FORMA?
La
questione più interessante presentata dalle più recenti
osservazioni di Marte è sicuramente quella relativa alla presenza
di acqua, anche perché strettamente legata alla eventuale
possibilità di vita.
Soprattutto
dopo aver visto e analizzato le immagini inviate della sonda
americana Mars Global Surveyor, quasi tutti gli scienziati sono
ormai convinti che l’acqua su Marte c’è stata e in abbondanza.
Le foto dei satelliti mostrano infatti strutture che si possono
essere formate solo a seguito del deflusso di grandi quantità
d’acqua e fanno ipotizzare addirittura l’esistenza di un vasto
oceano che copriva gran parte dell’emisfero nord del pianeta.
Qualcosa però è cambiato nell’atmosfera di Marte, probabilmente
intorno a 3.8 miliardi di anni fa, perché ora le sue
caratteristiche non sembrano permettere più la presenza permanente
di acqua allo stato liquido sulla superficie.
Questo non esclude però che l’acqua possa essere ancora presente nel sottosuolo del pianeta, forse intrappolata in uno strato di terreno ghiacciato (permafrost). Recenti osservazioni lasciano intravedere la possibilità che in tempi non troppo lontani e per cause ignote in lalcune zone il permafrost possa essersi sciolto dando vita a temporanei corsi e bacini d’acqua.
L’obiettivo
primario dell’attuale impegno internazionale verso
l’esplorazione di Marte è quindi la ricerca dell’acqua nel
sottosuolo. E in questo campo l’Europa e l’Italia hanno un ruolo
fondamentale.
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IL CONTRIBUTO ITALIANO ALL’ESPLORAZIONE DI MARTE
L’Italia
è considerata sia dalla NASA sia dall’ESA partner di primissimo
livello nei programmi di esplorazione del Pianeta Rosso, che
dovrebbero portare un equipaggio umano su Marte in un futuro non
troppo lontano.
Nel
2005, la NASA lancerà un satellite in orbita bassa marziana, il
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), con lo scopo di realizzare una
mappa globale del pianeta nel visibile e vicino IR e
l’osservazione ad altissima risoluzione (0,3 m) di aree limitate
nell’ottico, al fine di selezionare le zone di atterraggio più
idonee, per l’eventuale presenza di acqua e di vita, per le future
missioni. Su MRO volerà uno strumento italiano,
SHARAD (SHAllow Radar),
un radar di tipo sounder in grado di fornire, con una risoluzione
verticale di circa dieci metri e orizzontale di circa cento metri,
la stratigrafia del pianeta fino a circa un chilometro di profondità.
Con un’apposita selezione delle frequenze, il radar potrà anche
identificare la presenza di depositi d’acqua o di strati di
ghiaccio nei primi cinquecento metri sotto la superficie di Marte.
SHARAD è l'evoluzione dello strumento MARSIS, sviluppato in Italia,
in collaborazione con la NASA, per la Mars
Express,
basato a sua volta sull’esperienza acquisita attraverso la
partecipazione italiana alla realizzazione del radar della missione
Cassini, attualmente in viaggio verso Saturno.
Dal
2009 in poi il contributo dell'Italia alle missioni della NASA
potrebbe essere ancora più importante, con un ruolo primario nelle
telecomunicazioni tra Marte e Terra e nelle sonde operanti sulla
superficie; inoltre potrebbe essere italiano il perforatore che
fornirà campioni del suolo marziano fino a qualche metro di
profondità e consentirà a strumenti, sempre italiani, di
analizzare in situ la composizione e le caratteristiche del
suolo marziano.
In
ambito europeo l’Italia è stata tra i paesi promotori di Aurora,
un programma a lungo termine per l’esplorazione automatizzata e
umana dei corpi del sistema solare, con primo obiettivo proprio
Marte. Le finalità di Aurora sono la ricerca di forme di vita,
anche prebiotiche o fossili, nei pianeti del sistema solare e lo
studio comparato degli ambienti in cui si può sviluppare la vita.
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MARS EXPRESS: LE CARATTERISTICHE DELLA MISSIONE
Il
satellite e i suoi sistemi di comando, controllo e trasmissione
dati, il carburante per le manovre, sette strumenti scientifici e un
lander esterno, tutto in poco più di una tonnellata. Questa
è una delle caratteristiche innovative della missione Mars Express,
insieme alla riduzione dei costi e dei tempi di lancio. Lo scopo
scientifico è l’osservazione del Pianeta Rosso nel suo complesso
(atmosfera, superficie e sottosuolo) per almeno un anno marziano,
cioè 687 giorni terrestri.
Il
satellite (lancio a giugno 2003 con
un razzo Soyuz Fregat dalla base di Baikonur in Kazakistan)
raggiungerà
Marte dopo un viaggio lungo circa 400 milioni di chilometri che
durerà sei mesi. Poco prima di immettersi in un’orbita molto
ellittica intorno al pianeta la sonda rilascerà il lander Beagle
2 che, con l’ausilio di un paracadute e di palloni gonfiabili, si
poserà sulla superficie di Marte alla ricerca di
prove
dell’esistenza passata o presente di vita.
Oltre
al lander, a bordo di Mars Express ci sono sette strumenti,
tutti complementari, i cui dati permetteranno di avere un quadro
complessivo delle proprietà del pianeta con un dettaglio finora mai
raggiunto:
ASPERA:
Energetic Neutral Atoms Analyser
per
lo studio dell'interazione tra vento solare e atmosfera marziana
HRSC:
High/Super Resolution Stereo Colour Imager
per
ottenere immagini ad altissima risoluzione della superficie e
dell’atmosfera
MARSIS:
Subsurface Sounding Radar/Altimeter
per
cercare l’acqua nel sottosuolo e studiare la stratigrafia
PFS:
Planetary Fourier Spectrometer
per
studiare la composizione dell’atmosfera
MaRS:
Radio Science Experiment
per
studiare le proprietà di atmosfera e ionosfera attraverso la
trasmissione delle onde radio
OMEGA:
IR Mineralogical Mapping Spectrometer
per
studiare la composizione della superficie marziana
SPICAM:
UV and IR Atmospheric Spectrometer
per
misurare la distribuzione verticale dell’ozono e del vapore acqueo
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GLI STRUMENTI ITALIANI SU MARS EXPRESS
Due
degli strumenti a bordo di Mars Express sono stati progettati e
realizzati sotto la responsabilità italiana da industrie e istituti
scientifici del nostro Paese. L’ASI ha finanziato e gestito tutte
le fasi del programma, garantendo per l’affidabilità e la
sicurezza dei sistemi e curando le collaborazioni internazionali.
PFS
(Planetary Fourier Spectrometer)
P.I.:
Vittorio Formisano, Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario
del Consiglio Nazionale delle Ricerche
PFS
è uno spettrometro infrarosso che ha come obiettivo primario lo
studio dell'atmosfera di Marte nella regione 1.2-45 micron. Il campo
di vista dello strumento è tale da permettere una risoluzione
spaziale da 10 a 20 km da circa 300 km di altezza (distanza del
punto più basso dell’orbita di Mars Express). La banda e la
risoluzione spettrale di PFS consentiranno di ottenere dati non solo
sulla composizione dell’atmosfera di Marte, ma anche sulla
composizione mineralogica del suolo e sulle interazioni tra
atmosfera e superficie.
MARSIS
(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding)
P.I.:
Giovanni Picardi, Dipartimento di Info-Com dell’Università di
Roma La Sapienza
MARSIS è un radar penetrante a bassa frequenza che sarà utilizzato per la prima volta in una missione planetaria. un radar altimetro ad apertura sintetica multi-frequenza che ha L’obiettivo delle osservazioni è sondare gli strati profondi sotto la superficie del pianeta per identificare serbatoi acquiferi ed effettuare la mappa della distribuzione delle acque sotterranee marziane sotto forma liquida, solida o inglobata nel sottosuolo di Marte come permafrost, fino ad una profondità di alcuni chilometri. MARSIS è stato progettato in Italia e Ssviluppato in collaborazione con il JPL (Jet Propulsion Laboratory) della Nasa è un radar penetrante a bassa frequenza che sarà utilizzato per la prima volta in una missione planetaria.
Industrie
e scienziati italiani partecipano inoltre a tre degli altri
strumenti sul satellite:
-
per
OMEGA,
hanno realizzato il canale visibile, VNIR, che opera
nell’intervallo 0.35-1.05 micron ed è costituito da un
telescopio, da uno spettrometro e dalle ottiche che focalizzano la
radiazione su una camera CCD (coordinatore italiano: Giancarlo
Bellucci, Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del
Consiglio Nazionale delle Ricerche);
-
per
ASPERA,
hanno contribuito alla costruzione dei due sensori per
particelle neutre e realizzato il software per l’analisi e
la distribuzione dei dati scientifici (coordinatore italiano:
Stefano Orsini, Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del
Consiglio Nazionale delle Ricerche);
-
per
HRSC,
fanno parte del gruppo di ricerca che si occuperà della riduzione e
analisi dati (coordinatore italiano: Gian Gabriele Ori,
International Research School of Planetary Sciences di Pescara).
Istituti
scientifici italiani coinvolti
-
Dipartimento di Info-Com dell’Università di Roma La Sapienza
-
Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del Consiglio
Nazionale delle Ricerche
-
International Research School of Planetary Sciences
-
Centro Interdipartimentale Studi ed Attività Spaziali "G.Colombo"
(CISAS)
-
Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica del Consiglio
Nazionale delle Ricerche
Industrie
italiane coinvolte
-
Alenia Spazio S.p.A.
-
Laben S.p.A.
-
Galileo Avionica
-
Corista
-
Contraves
Immagini
tratte dagli archivi ESA, NASA e ASI.
Consultare
anche i siti ESA:
Mars
Express dell’ESA è pronto per il lancio
Europe
goes to Mars
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