Marte... arriviamo (seconda parte)

• 4 novembre 2020

Il pianeta Marte ha raggiunto l’opposizione nei primi giorni di Ottobre 2020 ed è facilmente visibile ad occhio nudo nella costellazione dei Pesci:a inizio mese si è trovato alla minima distanza dalla Terra (0.41 Unità Astronomiche: circa 62 milioni di km) e ci farà compagnia fino a inizio Maggio 2021. In un recente approfondimento (vedi questo link) abbiamo raccontato i tentativi di raggiungere Marte da parte delle agenzie spaziali sovietiche e americane nella seconda metà del secolo scorso: un percorso ad ostacoli che arrise alla NASA. In questo articolo ripercorreremo i viaggi verso il pianeta rosso nel corso degli ultimi anni.

Gli anni 2000 si aprono con una missione americana (Mars Odyssey) specificamente progettata per verificare la presenza di acqua in superficie; le sonde precedenti avevano fornito numerevoli indizi: letti di fiumi secchi, canyon scavati da inondazioni, resti di un apparente oceano... Pertanto nell’ottobre del 2001 la Mars Odyssey, dopo un viaggio di sei mesi, si posizionò su un’orbita ellittica provvisoria, modificata in seguito tramite ripetute manovre di aerofreno con l’attrito dell’atmosfera marziana superiore fino a raggiungere una quota di 400 km in orbita polare eliosincrona (cioè sorvola ogni dato punto del suolo marziano alla stessa ora solare locale, in modo che le condizioni di illuminazione siano identici per ogni rivoluzione). Da allora la sonda non ha mai smesso di funzionare e detiene il record di longevità: le fotocamere ad infrarossi e lo spettrometro a raggi gamma hanno evidenziato grandi quantità di idrogeno nel suolo marziano, depositi di sali in oltre duecento siti sede di antichi bacini lacustri. Le oltre 200'000 foto scattate in luce visibile dalla sonda hanno permesso di preparare una dettagliata mappa cartografica del pianeta utlizzata anche per selezionare i siti di atterraggio delle missioni successive. L’elaborazione di queste foto hanno permesso ricostruzioni assai molto realistiche del paesaggio marziano (nella foto allegata le altezze sono raddoppiate per dare maggiore senso di profondità); i dosimetri a bordo hanno permesso lo studio dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti a cui saranno esposti gli astronauti del futuro. Le risorse energetiche a bordo permetteranno alla sonda di rimanere operativa fino al 2026.



La prima missione europea ricevette il nome Mars Express: raggiunse Marte nel giorno di Natale del 2003 e si prevede il funzionamento fino ad almeno il 2023. Un grande successo per una missione interplanteria che fa ricorso ad una serie di strumenti progettati per la fallita sonda russa Mars 96: essa studia il sottosuolo e l’atmosfera di Marte, oltre a realizzare immagini ad alta risoluzione della sua superficie e elaborare delle mappe della sua composizione chimica: le sue antenne radar permettono di sondare il suolo alla ricerca di permafrost e di scrutare la ionosfera planetaria. Tra le numerose scoperte della sonda si ricordano la conferma di ghiaccio d’acqua nel polo sud (vedi foto) e il ritrovo di un grande lago ghiacciato nel sottosuolo del pianeta che deriverebbe dal cratere d'impatto di un meteorite riempito di materiale ricco di ghiaccio. Pochi ricordano che a bordo della Mars Express, c’era un piccolo lander britannco (Beagle 2) che doveva atterrare al suolo ed effettuare, tra l’altro, degli studi esobiologici: sei giorni prima dell’inserimento in orbita, il Beagle 2 fu sganciato dall’orbiter tramite una carica pirotecnica e sorvolò Marte sei volte prima di scendere al suolo con una manovra di frenaggio con paracadute e airbags. Purtroppo il lander fu perso e solo undici anni dopo fu fotografato dalla MRO che scoprì che solo due o tre dei suoi quattro pannelli solari si dispiegarono impedendo al lander di comunicare i suoi dati o di ricevere comandi dalla Terra.



I successi americani sul pianeta rosso, proseguirono spingendo la NASA e dare l’incarico della costruzione di una nuova sonda dotata di fotocamere ad altissima risoluzione: la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) che, lanciata nello spazio il 12 agosto 2005, ha scattato dalla sua orbita le fotografie più spettacolari di Marte, e ci si aspetta che continuerà a farlo per ancora dieci anni, quando esaurirà il combustibile a bordo per le manovre e l’orientamento. Monta a bordo, tra l’altro, spettrometri per lo studio della mineralogia e dell’atmosfera, radar per lo studio dei ghiacci polari e un telescopio a riflessione da 20” con un potere risolutivo di 30 cm: questa incredibile capacità ha permesso ai tecnici la pianificazione delle missioni al suolo scegliendo il luogo con i minor rischi e i maggior benefici dal punto di vista scientifico. (Nella foto allegata, a colori contrastati, il cratere Jezero che è il sito di atterraggio di Mars 2020)



Un paio di anni più tardi, e precisamente il 25 maggio 2008 la sonda americana Phoenix, con una perfetta manovra seguita dalle tre sonde già in orbita attorno al pianeta, si posò in una zona pianeggiante chiamata Green Valley vicino al polo nord di Marte: equipaggiata con un braccio e una pala scavatrice, scoprì in breve tempo ghiaccio d’acqua nel sottosuolo.



La missione sarebbe dovuta durare pochi mesi, dato che con l’inverno locale i panneli solari non si sarebbero ricaricati a sufficienza: infatti dopo circa cinque mesi la Phoenix trasmise l’ultimo segnale, essendo stata circondata dal ghiaccio secco prodotto dall’accrescimento della calotta polare. A bordo della Pheonix un DVD: progettato per resistere secoli su Marte, contiene una collezione multimedia di arte e letteratura, oltre ai nomi di 250'000 persone che si furono registrate per tempo.

Marte fu inoltre sorvolato anche dalle sonde Rosetta dell’ESA e Dawn della NASA che nel 2007 e nel 2009 rispettivamente ne sfruttarono l’effetto sonda gravitazionale che le ridiresse verso le loro destinazioni finali, la cometa Churyumov-Gerasimenko nel primo caso (si veda questa news: link), Vesta e Cerere nel secondo. Anche la giapponese Nozomi, che fallì l’inserimento orbitale nel 1998 per un’anomalia ai propulsori durante le prime fasi del viaggio, raggiunse infine il traguardo e sorvolò Marte con un unico fly-by nel dicembre del 2003. Di fatto nel primo decennio del secolo, americani, russi, europei e giapponesi erano riusciti con alterne vicende a raggiungere il pianeta rosso; a questo ristretto club si aggiunse anche la ISRO (agenzia spaziale indiana) che il 5 novembre 2013 lanciò la sonda Mangalyaan (detta anche Mars Orbiter Mission) che giunse a destinazione nel settembre successivo. Sebbene la durata prevista per la missione fosse di sei mesi, essa è tuttora attiva: i suoi studi vertono soprattutto sulla geologia e atmosfera marziana con particolare attenzione al suo contenuto di metano (la cui origine organica o geologica è oggetto di accesi dibattici) e di anidride carbonica e a come questa venga colpita stagionalmente dal vento solare e dalle radiazioni che la erodono.

Sempre nel 2013, l’agenzia spaziale americana lancio la missione MAVEN, che è tuttora operativa, per lo studio dettagliato dell’evoluzione dell’atmosfera marziana che si è dispersa nello spazio nel corso dei 4'000 milioni di anni dalla sua formazione. A quel tempo essa disponeva di anidride carbonica sufficiente per mantenere al suolo delle temperature idonee alla presenza di acqua liquida in un ambiente potenzialmente idoneo allo sviluppo di organismi. Gli strumenti a bordo hanno documentato questo processo osservando un’abbondante presenza di ioni di carbonio e ossigeno, oltre a idrogeno molecolare nei pressi del pianeta; come ci si attendeva, queste concentrazioni sono maggiori durante le tempeste solari e al perielio. Infatti Maven ha un’orbita fortemente ellittica che la porta ogni 270 minuti a “sfiorare” la superficie marziana fino ad una quota di 150 km di altezza.

Dopo il successo della Mars Express, l’ESA approvò nel 2005 l’ambizioso programma ExoMars (Exobiology on Mars) e si decise di svilupparlo in due fasi (Orbiter e poi Lander) con la collaborazione della Agenzia Spaziale Russa: la prima missione, lanciata nel 2016 dal cosmodromo di Bajkonur, era composta dal modulo orbitante TGO (Trace Gas Orbiter) ideato per misurare metano e altri gas potenzialmente di origine biologica e da un piccolo lander Schiaparelli ideato per durare alcuni sol ed equipaggiato con una stazione metereologica, sensori dedicati all’analisi in sito dell’atmosfera con fotocamere nell’ottico/infrarosso. Dopo un viaggio di sette mesi, il TGO si è correttamente inserito in orbita ed è tuttora in ottime condizioni di lavoro, mentre il 19 ottobre 2016 il lander si è drammaticamente schiantato al suolo a causa di uno spegnimento anticipato dei retrorazzi (le forti oscillazioni durante la discesa, provocate dai paracadute frenanti, hanno ingannato i sensori a bordo che hanno segnalato al computer di bordo un’altezza errata). La seconda fase della missione, prevista quest’anno, è stata posticipata a fine 2022 per l’epidemia COVID 19 (si veda anche questo articolo). In ogni caso l’esperienza acquisita sarà fondamentale per la riuscita della seconda fase del programma ExoMars che vedrà due protagonisti: il modulo di atterraggio russo e il rover Franklin (qui ritratto in una simulazione artistica) a cui sarà destinato il compito di sondare la zona di atterraggio prelevando campione di suolo e analizzarli con i sofisticati strumenti montati a bordo. Infatti Franklin sarà, tra l’altro, dotato di un trapano italiano capace di perforare fino a 2 m, un laboratorio di analisi chimico/fisiche dei campioni per l’estrazione e l’identificazione di possibili molecole organiche. Il centro controllo missione sarà a Torino e si prevede almeno un anno di funzionamento.



Torneremo più avanti, in un altro approfondimento, a descrivere i magnifici risultati scientici ottenuti dai quattro rover americani del nuovo millennio (Spirit & Opportunity, Curiosity e Insight) a cui si aggiungeranno l’anno prossimo anche Perseverance e il cinese Tianwen-1, originariamente chiamata Huoxing (si veda anche questo articolo).