STEFANO TOSI
MARTE
CARATTERISTICHE GENERALI
Marte è il quarto pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole,
l’ultimo pianeta di tipo terrestre (e per certi versi il più simile alla Terra) e
il primo di quelli superiori. Dista mediamente 1.5236 UA (227.94 milioni
di km) dal Sole.
Le dimensioni del pianeta sono poco più della metà di quelle della Terra:
diametro equatoriale 6804.9 km, diametro polare 6754.8 km con uno
schiacciamento ai poli di un fattore : 0.00736.
La sua massa è poco più di un decimo di quella del nostro pianeta (6.4185
x 1023 kg) mentre la densità è 3.95 volte quella dell’acqua, la più bassa fra
tutti i pianeti rocciosi. L’accelerazione di gravità in superficie è pari a 3.69
m/s2, 0.376 quella della Terra. L’albedo è 0.15.
Il periodo di rotazione di 24 ore e 37 minuti (1.025 giorni terrestri ) e
l'inclinazione dell'asse di rotazione rispetto alla normale al piano dell'orbita
di 25.19° danno origine all'alternarsi delle ore di luce e buio e delle quattro
stagioni come sulla Terra. Il periodo di rivoluzione è di 686.98 giorni
terrestri. Il periodo sinodico, cioè l'intervallo tra due opposizioni con la
Terra, è di 779.96 giorni.
Il suo asse di rotazione fluttua caoticamente fra 11° e 49° in tempi di pochi
milioni di anni: questo è dovuto alle interazioni gravitazionali con il Sole e
gli altri pianeti e dalla mancanza di un satellite di notevole massa. La
temperatura superficiale varia da -140 a 20 °C.
OSSERVAZIONE DALLA TERRA
Chiamato ‘pianeta rosso’ a causa delle grandi quantità di ossido ferrico
che lo ricoprono, le popolazioni dell’area greco-romana, a causa del suo
colore, lo chiamavano Ares/Marte (dio della guerra). Il simbolo
astrologico di Marte simboleggia lo scudo e la lancia che il dio portava in
battaglia. Tra i primi a descrivere delle osservazioni di Marte fu Aristotele,
il quale notò anche un suo passaggio dietro la Luna, presentato come una
prova empirica della geocentricità dell’universo.
Marte, come tutti i pianeti superiori, presenta un particolare moto sulla
volta celeste: nella sua orbita attorno al Sole il pianeta segue il suo
consueto andamento verso est fino ad un determinato punto nel quale il
moto apparente si inverte. Quando la Terra sta per "sorpassare" Marte,
quest’ultimo fermerà il suo moto verso est diventando “stazionario”, poi
invertirà il suo senso di marcia andando verso ovest (fase di
retrogradazione) e infine, quando la Terra l'avrà sorpassato, il pianeta rosso
si fermerà ancora e invertirà nuovamente il senso di marcia procedendo
come prima verso est. Ovviamente si tratta di una condizione di inversione
di marcia solo apparente dovuta al movimento relativo tra la Terra e il
pianeta, in quanto la Terra completa la sua orbita in un tempo più breve
rispetto a Marte.
Il 13 ottobre 1590 Mastlin, da Heidelberg, osservò l’unica occultazione
documentata di Marte da parte di Venere.
Il 5 settembre 1877 si ebbe un’opposizione perielica e in quell’anno
Giovanni Schiaparelli costruì la prima mappa del pianeta, la cui
nomenclatura è tuttora vigente.
All’opposizione
Marte dista
dalla Terra in
media 78.39
milioni di km
(mostrando un
diametro
angolare
apparente di
17.9’’ e una
magnitudine
apparente di
-2.0); a causa
dell’eccentricità
delle due orbite
(Marte 0.0934,
Terra 0.0167)
la distanza tra i
due pianeti
all’opposizione
può variare da
55.6 a 101.6 milioni di km.
Il 27 agosto 2003 Marte si è trovato nel punto più vicino alla Terra (55.7
milioni di km dalla Terra pari a 0.372719 UA ). Ciò fu possibile perché
Marte si trovava ad un giorno dalla sua opposizione e a tre dal suo perielio,
cosa che lo ha reso particolarmente visibile dalla Terra. Il 24 agosto 2208
la distanza sarà ancora minore: 0.372254 UA.
L’avvicinarsi di Marte all’opposizione comporta l’inizio di un periodo di
moto retrogrado, per cui dalla Terra sembrerà muoversi in direzione
opposta al senso della sua orbita formando un ‘loop’ sulla volta celeste.
OSSERVAZIONE DALLO SPAZIO
Le aspettative del grande pubblico vennero disattese quando nel 1965 la
prima sonda che ha raggiunto il pianeta, la Mariner 4, non rilevò alcun
segno di civiltà presente o passata e tanto meno un ecosistema florido. Il
primo atterraggio di sonde avvenne undici anni dopo con le missioni
Viking 1 e 2, che confermarono la mancanza di vita o di composti organici
in superficie. Tra gli anni ’90 e 2000 Marte è stato bersagliato da una vera
e propria flotta di sonde che hanno fatto (e fanno tuttora) di Marte il
pianeta più studiato dopo la Terra.
Nel 2005 il governo USA ha ufficialmente assegnato alla NASA lo studio
di una possibile missione umana su Marte. In questi giorni (novembre
2009 ) si attende il risultato della commissione incaricata dal governo USA
sul futuro di questo progetto.
MAGNETOSFERA E ATMOSFERA
La magnetosfera, ora assente a livello globale, si presume sia scomparsa 4
miliardi di anni fa, da allora il vento solare colpisce direttamente la
ionosfera, asportando continuamente atomi mantenendo sottile
l’atmosfera del pianeta. L’atmosfera marziana è composta per il 95% di
CO2 , 2.7% di N2 , 1.6% di Ar e tracce di vapore acqueo, ossigeno e
monossido di carbonio; a livello medio della superficie esercita
una pressione atmosferica pari allo 0.7 % di quella terrestre.
E’ stata anche definitivamente provata l’esistenza di metano nell’atmosfera
marziana ed in certe zone, come Arabia Terra, ve n’è in abbondanza (la
media globale è 10 ppb per unità di volume). Dato che il metano è un gas
particolarmente instabile che viene scomposto dalla radiazione UV nelle
condizioni atmosferiche marziane in circa 340 anni, la sua presenza indica
l’esistenza di una fonte relativamente recente del gas; tra le possibili cause:
attività vulcanica, impatto di una cometa, forme microbiche
metanogeniche ed infine processi non biologici di alcuni minerali presenti
in abbondanza sul pianeta (olivine , serpentini,...) con acqua e anidride
carbonica.
Durante l’inverno si ha una condensazione del 25-30% dell’atmosfera che
forma spessi strati di ghiaccio secco e anidride carbonica, che durante
l’estate sublima, causando grandi sbalzi di pressione e conseguenti
tempeste con venti che raggiungono anche 400 km/h. Questi venti
stagionali trasportano grandi quantità di polveri e vapore acqueo che
generano grandi nubi (cirri), fotografate dal rover Opportunity nel 2004.
In prossimità del perielio le polveri possono generare tempeste di sabbia
che interessano piccole zone o talvolta anche tutto il pianeta aumentandone
sensibilmente la temperatura.
A causa della sua orbita relativamente eccentrica (e=0.093) le estati
nell’emisfero sud possono essere fino a 30°C più calde di quelle
nell’emisfero nord.
Entrambe le calotte polari sono composte principalmente da ghiaccio
d’acqua ricoperto da anidride carbonica solida, che al polo nord raggiunge
lo spessore di un metro, mentre al polo sud può superare 8 metri di
spessore.
Entrambe le calotte presentano disegni a spirale causati dall’interazione tra
il calore solare disomogeneo e sublimazione/condensazione del ghiaccio e
le loro dimensioni variano a seconda della stagione.
GEOLOGIA
Esiste una dicotomia netta tra i due emisferi del pianeta: a nord
dell’equatore si trovano enormi pianure laviche, mentre a sud prevalgono
altipiani e decine di migliaia di crateri delle più svariate dimensioni.
La teoria più accreditata per questa disomogeneità attribuisce l’origine del
problema ad una collisione con un oggetto di dimensioni che vanno da
1/10 a 2/3 di quelle della Luna, avvenuta circa 4 miliardi di anni fa, il
quale avrebbe creato il Bacino Boreale 3 o 4 volte più grande del Bacino
Hellas.
Attualmente Marte non presenta il fenomeno della tettonica delle placche
come la Terra, ma non è da escludere che fino a 4 miliardi di anni fa vi
fossero movimenti tettonici.
Sono 3 le strutture marziane geologicamente rilevanti : Olympus Mons,
Valles Marineris, Bacino Hellas.
L’Olympus Mons E’ un vulcano simile a quelli a scudo delle Hawaii,
originato per emissione di lava molto fluida per lunghissimi tempi. Ha una
base di 600 km e un’elevazione di 24 km rispetto alle pianure circostanti
che ne fanno il vulcano più grande di tutto il sistema solare. Le
dimensioni del vulcano derivano dal fatto che, non essendoci una tettonica
delle placche, gli hot spot marziani battono sempre le stesse zone e la
ridotta forza di gravità ha agevolato l’uscita della lava (che su Marte ha un
peso poco superiore a quello dell’acqua sulla Terra).
La Valles Marineris è un gigantesco canyon lungo 5000 km, largo 500
km e profondo mediamente 5-6 km, che taglia il pianeta lungo l’equatore.
Data la sua enorme struttura non è ben chiaro cosa l’abbia creata, ma
sicuramente non è il frutto solo di agenti erosivi dell’ambiente marziano.
Il Bacino Hellas dopo il Bacino Boreale è il maggiore tra più 43000
crateri da impatto superiori a 5 Km, tanto che il suo albedo lo rende
visibile con un piccolo cannocchiale anche da Terra.
Marte per le sue ridotte dimensioni ha una probabilità minore della Terra
di impattare con oggetti esterni, ma è più vicino alla fascia degli asteroidi.
Degne di nota, soprattutto per una futura esplorazione umana, sono una
decina di caverne scoperte nel 2008 sui fianchi del vulcano Arsia Mons: le
dimensioni degli ingressi di queste caverne variano da 100 a 252 metri in
larghezza e raggiungono una profondità di 73-96 metri.
Sempre nel 2008 da un satellite artificiale è stata immortalata in diretta una
frana di ghiaccio, polveri e massi da un scogliera alta 700 metri.
Si stima che crosta e mantello di Marte si siano formati in 50 milioni di
anni e rimasero attivi con fenomeni di vulcanesimo per un miliardo di
anni.
Analizzando verso l’interno del pianeta si ha :
- Crosta: basaltica e silicica, ricoperta da ossido ferrico che conferisce
il colore rosso a Marte. Ha uno spessore che va da 50 a 125 km.
L’abbondanza di ferro nella crosta si spiega con la massa e la gravità
molto minori di quelle terrestri.
- Mantello: 2.35 volte più denso di quello terrestre, pare sia
attualmente inattivo. Composto per la maggior parte da silicati.
- Nucleo : composto principalmente di Ferro con tracce di zolfo. Ha un
raggio di circa 1480 km.
Molto probabilmente il nucleo non è liquido, ma viscoso; di
conseguenza Marte non ha un campo magnetico apprezzabile (al
massimo 5nT), né attività geologica di rilievo.
La storia geologica marziana degli ultimi 3.8 miliardi di anni è divisa in 3
epoche (definite grazie all’analisi della densità dei crateri d’impatto, dei
flussi lavici superficiali e dei meteoriti marziani rinvenuti sulla Terra) che
prendono il nome dalla struttura più rilevante formatasi in quel periodo:
- Epoca Noachiana: da 3.8 a 3.5 miliardi di anni fa.
Indicativa per la costituzione della prima superficie di Marte,
evidente oggi grazie alle cicatrici lasciate dai crateri (in particolare
nella regione Tharsis, di quel tempo…) e dai segni di imponenti
correnti d’acqua liquida risalenti a quel periodo.
- Epoca Esperiana: da 3.5 a 1.8 miliardi di anni fa.
Si formarono Hellas e Argyre Planitia. Nota per la formazione di
pianure laviche.
- Epoca Amazzoniana: da 1.8 miliardi di anni fa a oggi
Formazione dell’Olympus Mons
e di altre grandi strutture
vulcaniche.
IDROLOGIA
Attualmente la presenza di acqua liquida in superficie è impossibile a
causa della pressione atmosferica troppo bassa (salvo in zone di elevata
depressione e per brevi tempi), tuttavia il ghiaccio d’acqua è molto
abbondante in superficie, nelle calotte polari e nel permafrost che ricopre
il pianeta fino alla latitudine di 60°; inoltre si ritiene che grandissime
quantità di acqua siano intrappolate sotto la superficie marziana e sotto le
calotte.
Assai evidenti nelle foto orbitali sono quelli che paiono essere bacini,
fiumi, delta e ‘scoli’ di grandi masse d’acqua, così come canali di
trasudamento.
Nei punti in cui la pressione è maggiore dell’acqua arriva da
precipitazioni.
La prova ‘materiale’ delle evidenze fotografiche è data da analisi
spettroscopiche di materiale smosso dai rover marziani e da quello
fuoriuscito da frane; e soprattutto dalla presenza assai diffusa di minerali
che si formano quasi esclusivamente in presenza di acqua (ematite e
goethite).
SATELLITI NATURALI
Marte possiede due satelliti naturali: Fobos e Deimos scoperti nell’ agosto
1877 da A. Hall. L’esistenza delle due lune era già stata curiosamente
indovinata da più di un secolo da Swift e Voltaire.
Secondo la mitologia Fobos e Deimos accompagnavano il padre Ares
(Marte per i Greci) in battaglia.
Non è ancora chiaro come Marte abbia catturato le due lune, tuttavia
l’analisi chimica e la loro forma irregolare suggerisce un’origine
asteroidale delle lune .
- Fobos : è la maggiore delle due lune (18.8x21.6x27 km). Roccioso e
irregolare e molto craterizzato; il cratere Stickney è il maggiore e
copre quasi la metà della superficie della luna. È ricoperta di
Regolite (che riflette il 6% della luce che la investe). La sua densità
molto bassa richiama la struttura meteoritica di condrite carbonacea e
suggerisce l’ipotesi della cattura. Orbita in 7h e 39m, con un’orbita
praticamente circolare, rivolgendo sempre la stessa faccia a Marte.
Phobos è destinato, in un periodo di circa 50 milioni di anni, ad
avvicinarsi al pianeta, e, avendo già superato il limite di Roche, a
disintegrarsi per le forze mareali.
- Deimos : è la luna più esterna e più piccola. Misura 15 km nel suo
semiasse più lungo. Forma ellittica e, a dispetto della sua modesta
forza di gravità, trattiene un significativo strato di regolite sulla sua
superficie. Orbita in 30h e 18m e mostra sempre la stessa faccia a
Marte. A differenza di Fobos, tende ad allontanarsi lentamente da
Marte
Marte è inoltre l’unico pianeta terrestre assieme al quale ruotano degli
asteroidi troiani (asteroidi che condividono la stessa orbita di un pianeta,
non collidendo con esso, perché situati nei due punti lagrangiani di
stabilità L4 e L5, situati 60° avanti e dietro il pianeta). Il primo, 5261
Eureka, fu individuato nel 1990 ; ne seguirono altri 4 : 1998VF31, 1999UJ7
(l’unico in L4) e 2007NS2.
ESPLORAZIONE DI MARTE CON SONDE SPAZIALI
Due terzi delle missioni dirette verso Marte sono state degli insuccessi per
i più svariati motivi. Si elencano i successi :
- Missioni passate:
Il primo successo si ebbe nel 1964 con il passaggio in prossimità di
Marte del Mariner 4 (NASA), il primo atterraggio avvenne nel 1971
con Mars 2 e Mars 3 (URSS). Seguì il programma Viking (USA) nel
1975 che consisteva di 2 sonde: Viking 1 e Viking 2 che, prima di
posarsi sul suolo marziano, diedero le prime foto a colori della
superficie marziana e la prima mappatura di qualità.
Poi Phobos 2 (URSS) riuscì a inviare le foto della luna, ma si guastò
prima di sganciare 2 sonde sul satellite. Un completo successo fu nel
1996 la Mars Global Surveyor che compì la mappatura completa del
pianeta per 10 anni. Un mese dopo la Surveyor partì la Mars
Pathfinder col rover Sojourner che ammartò nella Ares Vallis: un
successo. Recentemente la missione Phoenix Mars Lander (2005)
atterrò nel polo nord marziano. Attive in orbita sono Mars Odissey
(2001 ) e Mars Express Orbiter: l’ultima ha scoperto il metano su
Marte e osservato le aurore polari.
Il più grande successo di sempre sono i due rover gemelli Spirit ed
Opportunity (MER-A e MER-B)(2004) a cui si deve la prova
decisiva sulla presenza in passato di acqua sul pianeta, oltre
all’osservazione dei ‘diavoletti di sabbia’ e le forti correnti d’aria. Il
Mars Reconnaissance Orbiter (2006) catturò immagini delle
valanghe presso il polo nord del pianeta e mappò la superficie e le
condizioni meteorologiche in funzione della futura esplorazione
umana.
- Missioni future:
Mars Science Laboratory (2009) : un rover più avanzato (90km/h).
Phobos-Grunt (2009) : per raggiungere Fobos e riportare campioni
sulla Terra.
Exomars (2013) (ESA) : perforazione del suolo fino a 2 metri per
cercare tracce di vita passata, metano e altre molecole organiche.
Maven (2013): studio atmosfera marziana.
Missioni umane non prima del 2030.
ASTRONOMIA DA MARTE
Oggi, grazie alla massiccia presenza di sonde satelliti e rover è possibile
cominciare a fare dell’astronomia da Marte. Ovviamente su scala
universale la distanza Terra-Marte è trascurabile, ma non all’interno del
nostro sistema solare : infatti si ha un nuovo punto di vista rispetto al
nostro pianeta e alla nostra Luna.
La Mars Global Surveyor l’8 maggio 2003 ha fotografato il sistema TerraLuna, che era alla massima elongazione dal Sole, stimando la magnitudine
apparente della Terra e della Luna (-2.5 e +0.9 ). Inoltre è possibile
osservare il transito della Terra sul Sole: l’ultimo è stato l’11 maggio 1984,
il prossimo sarà il 10 novembre 2084.
Fobos appare da Marte con un diametro angolare pari a 1/3 di quello della
nostra Luna vista dalla Terra; Deimos appare invece come una stella.
Fobos è in grado di eclissare parzialmente il Sole, Deimos risulta soltanto
un puntino sul disco Solare.
VITA SU MARTE
Si ha certezza della presenza di acqua nelle calotte polari, nel sottosuolo
marziano (anche se in quantità sconosciuta…) e ultimamente si sono avute
conferme della presenza di queste sotto il polo sud (2005; deposito di
spessore più di 1 km alla profondità tra 1.5 e 2.5 km nei pressi di Chryse
Planitia).
Il 16 agosto 1996, su Science fu pubblicato il lavoro condotto sul meteorite
di origine marziana ALH84001, trovato in Antartide. Lo studio mise in
luce che il meteorite risaliva tra 4 e 3.6 miliardi di anni fa, proprio
quando pare che Marte fosse caldo e umido. Sul meteorite furono
riscontrati quelli che vennero interpretati come nano batteri fossili; la
comunità scientifica ancora oggi ne discute.
Mars Express nel 2005 ha riscontrato, oltre al metano, anche della
formaldeide: entrambi validi indizi di probabile vita presente o passata.
Recentemente un lavoro pubblicato sull’International Journal of
Astrobiology da due italiani (Rizzo e Cantasani) intitolato ‘’Possible
organosedimentary structures on Mars’’ illustra come su Marte possano
essere presenti strutture sedimentarie di origine organica simili alle
stromatoliti terrestri, rafforzando l’ipotesi di vita in tempi antichi.
CURIOSITA’
Marte possiede una bandiera, inaugurata nei primi anni 2000 in una
missione dello shuttle Discovery e disegnata dagli ingegneri della NASA e
da un’equipe di una base antartica.
Essa è un tricolore verticale rosso, verde e blu (in ordine da sinistra verso
destra) che simboleggia la trasformazione di Marte da un pianeta arido ad
uno che possa sostenere la vita con specchi d’acqua e cielo azzurro.
Ovvero la sintesi del Processo di Terraforming.
Il mito della civiltà tecnologicamente avanzata di Marte ha origine da
un’errata traduzione in inglese del termine ‘canali’ di Schiaparelli, che rese
questi ‘canali’ artificiali. Questo errore si propagò rapidamente in tutta la
comunità scientifica e nell’immaginario collettivo dando vita alle più
svariate opere fantascientifiche cinematografiche suscitando paure (nel
1938 Orson Welles fece un annuncio radiofonico nazionale dello sbarco
dei marziani sulla Terra
Anche Nicola Tesla, durante un suo esperimento nel 1899, affermò di aver
ricevuto una trasmissione intelligente che lui crede proveniente da Marte
(in un intervista, 2 anni dopo, disse : "Fu solo in seguito che mi balenò
nella mente l'idea che i disturbi da me captati potessero essere dovuti ad
un controllo intelligente. Anche se non potevo decifrarne il significato, mi
fu impossibile pensarli come puramente accidentali. Continua a crescere
in me la sensazione di essere stato il primo a sentire il saluto di un pianeta
ad un altro").
In questo venne appoggiato anche da Kelvin, che però in seguito smentì.
Ultima tra tutte è il cosiddetto ‘Volto di Marte’ che per decenni ha
avvalorato le tesi dei sostenitori della paleoarcheologia marziana, e che
anni fa è risultata essere un semplice e curioso gioco di luci e ombre.
BIBLIOGRAFIA
marsprogram.jpl.nasa.gov – informazioni aggiornate sul pianeta
it.wikipedia.org/wiki/Marte_(astronomia) – contenuti aggiornati
DVD Di Fisica dei Pianeti – contenuti aggiornati
www.esa.int/esaCP/SEMS3J57ESD_Italy_0.html - Mars Express trova
metano e formaldeide www2.jpl.nasa.gov/snc/alh.html – meteorite
ALH84001
