Storia dell’Esplorazione di Marte

Marte, il Pianeta Rosso, da sempre ha affascinato gli uomini, che con il tempo hanno imparato ad amarlo e conoscerlo sempre più a fondo. Sebbene molte osservazioni del pianeta furono fatte in epoca pre-astronautica, il più grande impulso in tal senso ha avuto luogo dall’inizio dell’epoca dell’esplorazione robotica, e ancora oggi, in cui sempre più spesso si parla di esplorazione umana del Pianeta Rosso, continua a regalarci grandi sorprese.

Osservazioni pre-telescopiche

Fin dalle antichità moltissime popolazioni tennero traccia del moto apparentemente irregolare di quella strana sorgente luminosa dal colore rosso intenso. Gli antichi romani associarono al suo colore il dio della guerra, Marte (Ares per gli antichi greci). Gli Incas lo chiamavano Augakuh, e i babilonesi lo chiamavano Nirgal: non a caso questi nomi compaiono nella geografia della superficie marziana (Nirgal e Augakuh Vallis).

Dall’osservazione del suo moto nella volta celeste, gli antichi poterono dedurre due cose riguardo al pianeta: il periodo siderale (ossia quello in cui torna al suo posto rispetto alle stelle) di 687 giorni terrestri (1.88 anni terrestri) e l’andamento a ritroso che di quando in quando sembrava possedere, disegnando come un anello nel cielo. Questo anello era molto complesso da spiegare nell’ambito del modello geocentrico, ma fu ben spiegato da Copernico nel 1543. Con il modello eliocentrico, infatti, è facilmente chiaro comprendere come quegli anelli disegnati nel cielo non siano altro che i momenti in cui la Terra, che svolge circa due rivoluzioni attorno al Sole ogni rivoluzione di Marte, raggiunge ed oltrepassa il Pianeta Rosso. Si può intuire la questione pensando ad un superamento di un automobile in autostrada: isolandola dal contesto e pensando solo alle distanze relative, se noi viaggiamo al doppio della sua velocità, la vedremo prima avvicinarsi, poi allontanarsi da noi dopo una breve fase in cui l’automobile sembra fermarsi ed invertire rotta.

Il moto retrogrado apparente di Marte. Credits: Eugene Alvin Villar/Wikipedia/Stellarium

Osservazioni telescopiche

Le prime osservazioni di Marte con l’ausilio di un telescopio si devono senz’altro a Galileo, che tra il 1609 ed il 1610 per primo utilizzò lo strumento per scrutare gli oggetti celesti, per quanto con il suo strumento poteva a malapena vedere un disco rosso-arancione non molto definito. Christiaan Huygens, nel 1610, poté senz’altro fare di meglio, osservando una macchia scura sul disco che probabilmente corrisponde a Syrtis Major. Nel 1666 Cassini per primo vide i poli ghiacciati che furono poi osservati più nel dettaglio dal nipote Giacomo Maraldi. Herschel osservò il pianeta tra il 1777 ed il 1783, calcolando i circa 30° di inclinazione orbitale ed il periodo di rotazione di quasi 25 ore. Dall’osservazione di alcune variazioni nell’aspetto della superficie, da lui (correttamente) attribuite alla presenza di nubi, Herschel dedusse anche la presenza di una tenue atmosfera. Nel 1840 von Maedler e Beer pubblicarono una loro prima mappa di Marte, sfruttando un passaggio ravvicinato tra Marte e Terra. Successivamente vennero fatte altre descrizioni dei dettagli superficiali di Marte, e la nomenclatura attualmente utilizzata si basa sulla mappa del 1877 di Giovanni Schiaparelli. In quest’anno vi fu infatti un’altro passaggio ravvicinato, in cui furono scoperte, tra le altre cose, anche le lune di Phobos e Deimos da Asaph Hall. Schiaparelli, nelle sue osservazioni, vide dei dettagli scuri che interpretò come dei canali di non chiara origine. La traduzione inglese errata in canal (che indica specificatamente i canali artificiali) invece che in un più generico channel, suffragò un’idea che già si stava insinuando nell’opinione pubblica e nel dibattito scientifico di quegli anni: la presenza di una civiltà marziana. Ad approfondire gli studi su questi canali di tale fantomatica civiltà pensò Lowell che pensò di vedere anche della vegetazione ai bordi di questi canali studiandone la variazione di albedo (la quantità di luce solare riflessa). Questi canali restavano ad ogni modo un argomento controverso, e fu solamente con l’esplorazione spaziale che si poté porre fine alla discussione.

La mappa di Marte di von Maedler e Beer

La prima ondata

Gli anni tra il 1962 ed il 1972, agli albori dell’astronautica (ricordiamo che lo Sputnik, il primo satellite artificiale in orbita, è stato lanciato solo alla fine degli anni ’50), sono stati caratterizzati da una prima, fondamentale, ondata di interesse esplorativo verso il Pianeta Rosso. Nel 1965, infatti, la sonda Mariner 4 passò vicino Marte, trasmettendo anche un segnale radio verso la Terra attraverso la sua atmosfera (la prima analisi dell’atmosfera di Marte ottenuta tramite dati da satellite). Le sonde Mariner 4, 6 e 7 fornirono molte immagini dell’emisfero sud, rivelando il suo aspetto riccamente craterizzato e l’assenza di strutture simili a canali. Queste immagini consentirono anche di dimostrare che le variazioni di albedo viste da Lowell non erano dovute alla vegetazione ma ai processi meteorologici, ponendo così fine alla diatriba lowelliana.

Le osservazioni da Terra e da sonda degli anni ’60 portarono ad una migliore conoscenza della climatologia, della superficie e dell’atmosfera marziana. Si capì che l’atmosfera marziana doveva essere molto tenue, ricca di anidride carbonica e situata su una superficie desertica. Si iniziò anche a costruire i primi modelli di circolazione atmosferica adattando dei modelli terrestri al caso marziano.

La Mariner 9, entrò in orbita attorno al pianeta nel 1971, arrivandovi nel bel mezzo di una tempesta di sabbia globale (GDS), che per la prima volta poté essere studiata da vicino: la sabbia nascondeva tutta la superficie, innalzandosi fino a circa 70 km di altitudine e riscaldandola a causa dell’incremento di effetto serra dovuto all’interazione tra grani di sabbia e radiazione. Quando la tempesta si dissolse, fu possibile osservare da vicino i dettagli superficiali del pianeta. Le sommità dei vulcani, la rete di valli, i cappucci polari con le loro stratificazioni di ghiaccio che indicano diverse fasi di glaciazione, e la dicotomia planetaria tra la craterizzazione dell’emisfero sud ed il terreno liscio e regolare del nord.

La mappa globale di Marte tramite i dati della sonda Mariner 9. Credits: The Planetary Society

La seconda ondata, l’epoca Viking

La coppia di sonde Viking 1 e 2 furono lanciate nel 1975 ed arrivarono nel 1976 presso il Pianeta Rosso. Due satelliti che avrebbero dovuto sganciare due lander sulla superficie marziana. L’obiettivo principale? Trovare tracce di vita presente o passata nel suolo marziano. Il programma Viking non trovò tracce di vita, ma accrebbe incredibilmente le nostre conoscenze del pianeta, raccogliendo dati fino a novembre 1982, quando si persero i contatti anche dell’ultimo modulo (Viking Lander 1). Le immagini delle sonde Viking rivoluzionarono la nostra conoscenza sull’acqua marziana. Si comprese infatti come moltissime formazioni geologiche superficiali non fossero altro che il segno evidente della presenza passata di acqua su Marte, come le valli o i cosiddetti outflow channels, canali dovuti all’improvvisa fuoriuscita d’acqua dai bacini. Si comprese quale tipologia di vulcanismo dovesse interessare i vulcani marziani, trattandosi di vulcani a scudo del tutto simili a quelli hawaiiani. Oltre a ciò si scoprì molto sulle calotte polari, sulla struttura termica e composizionale dell’atmosfera, sulla topografia a larga scala e sulle tempeste di sabbia; insomma: una vera e propria rivoluzione nello studio di Marte!

Alba marziana ripresa dal Viking 1. Credits: NASA

La terza ondata

Dopo il programma Viking, per alcuni anni l’interesse nei confronti del Pianeta Rosso scemò. Nel 1991 ci fu un tentativo di ridare impulso all’esplorazione marziana tramite il Mars Observer, che fu però perduto. Il primo successo, che diede il via alla nuova ondata di esplorazione che continua tutt’oggi, fu il Mars Pathfinder, un lander e un rover (il primo rover dopo quelli lunari) che per due mesi nel 1997 accumularono dati direttamente dalla superficie marziana. L’anno successivo partì anche il Mars Global Surveyor, un satellite che per ben otto anni osservò Marte, permettendoci di approfondire le nostre conoscenze riguardo ai cicli globali dell’atmosfera, ai dettagli superficiali ed alla storia del pianeta.

Da lì il passo fu breve, ed il rinnovato interesse portò alla Mars Odyssey nel 2001, alla Mars Exploration Rovers (Opportuniy e Spirit) e alla sonda Mars Express dell’ESA nel 2003, al Mars Reconnaissance Orbiter nel 2005, al Phoenix Lander nel 2007, al Mars Science Laboratory (Curiosity) Rover nel 2011. E ancora: il Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) e l’indiano Mars Orbiter Mission nel 2014, nonché il recentissimo Trace Gas Orbiter della missione ExoMars dell’ESA. Insomma, per descrivere tutte le scoperte relative a queste missioni servirebbero interi libri, ma è chiaro che il periodo storico in cui viviamo sia uno di quelli di massimo interesse nei confronti di Marte, e mai l’attenzione di ricercatori e pubblico è stata così elevata.

Le missioni attualmente attive sono TGO, MAVEN, MOM, Curiosity, MRO, Opportunity, MEX e 2001 Mars Odyssey. Tutte questi satelliti e rover costituiscono una rete di informazione sul pianeta che fornisce un monitoraggio continuo e completo di tutti gli aspetti scientifici di interesse, permettendo ogni giorno sempre più di approfondire le nostre conoscenze riguardo il nostro vicino di casa planetaria.

Mappa topografica di Marte dall’altimetro laser di MGS. Credits: NASA

Prospettive

Tra pochi giorni il lander InSight della NASA arriverà su Marte. Nel 2020 partirà la seconda parte della missione ExoMars, un rover europeo su Marte che utilizzerà il TGO per comunicare e trasmettere dati con la base a Terra. Gli occhi dell’opinione pubblica sono comunque puntati ben più in là, all’esplorazione umana di Marte. Fin dai tempi di Von Braun, si parla dell’esplorazione umana del pianeta come inevitabile prossimo passo dopo l’esplorazione lunare. In questi anni, comunque, anche nelle agenzie spaziali si sta iniziando a parlare seriamente di una missione di questo tipo: l’ESA prevede una missione umana su Marte negli anni ’30 del 2000, nell’ambito del programma Aurora di cui lo stesso ExoMars fa parte, e anche alla NASA si parla di sviluppo in tal senso nello stesso decennio; più realisticamente, la CNSA parla del ventennio 2040-2060 e la Roscomos della finestra 2040-2045; il visionario Elon Musk sostiene che già nel 2024 la sua SpaceX inizierà un processo di colonizzazione del Pianeta Rosso; la ISRO indiana e la JAXA giapponese, non hanno per ora annunciato nulla in proposito.

Risultati immagini per bfr spacex
Illustrazione di un BFR della SpaceX durante la separazione del primo stadio. Credits: SpaceX

 

Fonti:
The Atmosphere and Climate of Mars
Mars: an introduction to its interior, surface and atmosphere
Encyclopedia of the Solar System

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