Mars

ANDIAMO A SCOPRIRE MARTE
1) I pianeti del Sistema Solare:
come si formano e loro proprieta’
2) Confronto Terra-Marte: cosi’
diversi ma forse no….
3) La storia evolutiva di Marte
4) Acqua e atmosfera nel passato e
presente di Marte: c’era vita?
5) L’esplorazione di Marte
Pianeti terrestri: Mercurio, Venere, Terra, Marte.
Composizione: Roccia e metalli.
Atmosfera: secondaria, attivita’ vulcanica
Pianeti giganti: Giove, Saturno, Urano, Nettuno.
Composizione: Gas, ghiaccio, roccia.
Atmosfera: primordiale
Asteroidi
Comete
LA FORMAZIONE DEI PIANETI
Modello standard per il Sistema Solare
1) Disco circumstellare composto da gas e polvere
2) Dalla polvere si formano i planetesimi (D>1-10 km)
3) Collisioni e accumulazione gravitazionale
4) Formazione pianeti terrestri e nucleo dei Pianeti giganti
5) Collasso del gas: involucro dei pianeti giganti
Beta Pictoris: un disco enorme
400 UA (60 miliardi di chilometri)
I dischi circumstellari sono comuni tra le stelle giovani.
Alcuni miliardi di planetesimi
ruotano attorno alla
protostella su orbite
Kepleriane
Formazione
della Luna
I planetesimi collidono e formano
oggetti piu’ grossi fino ai pianeti e il
nucleo dei pianeti giganti. Asteroidi e
comete sono i planetesimi residui della
processo di formazione planetaria
Esempio di studi
numerici per
simulare la
formazione dei
pianeti dai
planetesimi.
1) I planetesimi crescono fino a oggetti di dimensioni lunari
(circa 105 anni)
2) Stadio dei grandi impatti (si forma anche la Luna): 10-50
milioni di anni.
3) Il gas viene catturato dal nucleo dei pianeti giganti (1000 -10000
anni)
Pianeti terrestri
(rocciosi)
Condensano
materiali refrattari
(silicati, metalli)
Ms / Mg  1/240
Pianeti giganti
Core: roccia + ghiaccio;
4 UA (Frost line) T  170 K
Condensano ghiacci H2O, CH4,
NH3
Ms / Mg  1/60
Confronto
Terra-Marte
Raggio = 3397 km
T=-630
P. Atmosferica = 7 mbar (CO2)
g = 3.69 m/s2
Distanza dal sole = 228.000.000 km
Giorno = 24h40m
Anno Marziano = 686.9 giorni
Raggio=6378 km
T=150
P. Atmosferica = 1000 mbar
g = 9.81 m/s2
Distanza dal sole = 150.000.000 km
Variazione diurna della temperatura. Cambia anche con
stagione e condizioni atmosferiche (tempeste di sabbia)
Satelliti
La Luna (R ~ 1740 km)
Phobos e Deimos
(R ~ 11.2, 6.1 km)
Differenziazione
Anche l’interno dei pianeti e’
diverso: la Terra è più
differenziata. Presenza di
nucleo liquido che produce
campo magnetico
ORIGINE DELL’ATMOSFERA: ATTIVITA’ VULCANICA!
58% H2O, 23% CO2, 13% SO2, 5% N2
SO2
Rocce sulfuree
CO2 + H2O
Rocce carbonacee
N2
Inerte e si accumula
LA STORIA DELLA TERRA
PRECAMBRIANO
ADEANO
4.5
ARCHEANO
4.0 Miliardi di anni
Batteri
CO2 + H2O
PROTEROZOICO
2.5
0.6
Transizione ad atmosfera
di ossigeno: le piante
rocce carbonacee
0
Fossili animali
Elemento
Simbolo
%
Azoto
N2
78%
Ossigeno
O2
21%
Argon
A
0.90%
Anidride
carbonica
CO2
0.03%
Neon
Ne
0.002%
LA (probabile) STORIA DI MARTE
Noachiano
4.5
Si forma il pianeta
(piu’ piccolo della
Terra per la presenza
di Giove)
Attivita’ vulcanica
intensa, si forma una
densa atmosfera
secondaria di CO2 ,
compare acqua,
formazione di laghi e
oceani?
Temperatura piu’
calda, campo
magnetico intenso
Amazoniano
Esperiano
3.5
2.0 (Miliardi di anni)
Fase di transizione.
La maggior parte
dell’acqua viene intrappolata
in massicci depositi nel
sottosuolo
L’attivita’ dei fiumi si
riduce, i canali si seccano
L’atmosfera viene persa
per fuga termica. L’attivita’
vulcanica e’ ridotta, non
viene prodotto CO2
Il nucleo si raffredda, si
spegne il campo magnetico, si
riduce attivita’ geologica.
0
Era moderna. Il pianeta e’ secco,
polveroso e freddo
Continua la craterizzazione
Attivita’ vulcanica ridotta al
minimo
Sporadici eventi di liquefazione
dell’acqua che fluisce dal
sottosuolo.
C’e ancora acqua su Marte
1) Ghiaccio
d’acqua coperto
da ghiaccio secco
(CO2): spessore
2-3 km
2) Calotta sud
piu’ estesa (1000
km): inverno piu’
lungo perche’
all’afelio.
3) Scioglimento
estivo causa
tempeste di sabbia
4) Nella fase di scioglimenti dei ghiacci si formano nuvole
IMMAGINI
HST
C’ERA ACQUA SULLA SUPERFICIE
DI MARTE (laghi, mari....)?
Strutture geologiche: canyons, letti di fiumi
....fenomeni erosivi in generale. Immagini da
sonde.
Composizione delle rocce sulla superficie: rocce
che si formano per sedimentazione. Necessita’ di
robots che si muovono sul suolo Marziano.
Fenomeni fluviali
3 km
MGS (Mars Global
Surveyor)
Athabasca vallis
La maggior parte ha origine a sud (regioni ‘alte’) e termina a
nord (regioni ‘basse’).
Gran Canyon Marziano
(immagine del Mars
Global Surveyor)
Erosione dovuta ad acqua
(Immagini dei rover)
Rover Opportunity. Ematite (Fe2 O3) in forma di piccole gocce.
Si e’ formata in acqua? Altre scoperte: sale e carbonati.
Sabbia prodotta da erosione causata da acqua o soltanto
vento?
Rover Opportunity
MGS (Dune di sabbia)
ROCCE SEDIMENTARIE
Calcare
Arenaria
Scisto bituminoso
Gesso
Ematite grigia
C’e’ stata attivita’ geologica? SI’! Ci sono vulcani,
che, nel passato, potrebbero aver formato
l’atmosfera secondaria di CO2
Monte Olympus:
Altezza: 27 km
Larghezza: 550 km
Ora i vulcani
sono inattivi
perche’ il pianeta
si e’ raffreddato.
Ceranius Tholus
(grande come quello
delle Hawaii).
Regione Tharsis
Montagne, sintomo di
attivita’ geologica.
La regione di Cydonia:
la “faccia” e le piramidi
Viking 1
Mars Global Surveyor
Un Gran Canyon su Marte:
la valle Marineris.
Profondita’: 7 km,
Larghezza: 200 km.
Lunghezza: 1700 km
Non prodotta da erosione di acqua
ma da movimenti della crosta
CRATERI DA IMPATTO:
Importanti per la datazione
delle superfici.
Ejecta: rocce espulse durante l’impatto del proiettile che ha
generato il cratere (Spirit ai bordi del cratere di Gusev).
La “Citta’ degli Incas” in realta’ sono fratture del terreno
associate ad un cratere da impatto.
Cratere Hellas
Larghezza: 1700 km
Profondita’: 8.2 km
Emisfero Nord
meno elevato,
pochi crateri:
giovane
Emisfero Sud
frastagliato e
molti crateri:
vecchio
Evoluzione
geologica?
Presenza di
oceano?
Megaimpatto?
LA VITA SU MARTE: PRESENTE, PASSATA,
FUTURA.
- C’e’ stata vita su Marte? Archeobatteri,
cianobatteri.... La presenza di acqua e’ un
importante requisito. Osservato metano da Mars
Express: prodotto da archeobatteri metanogeni?
- Al presente la vita in superficie e’ impossibile
mentre potrebbe essere presente in profondita’
- Sara’ possibile la colonizzazione di
Marte in un futuro?
FOSSILI? DIFFICILE DIRLO.
Crinoidi terrestri
Crinoidi marziani?
Meteorite ALH84001 (1998): presenza di batteri fossili. Ma sono
originari di Marte o il meteorite e’ stato contaminato a Terra?
2004: meteorite Orgueil
Roccia terrestre
Meteorite Orgueil
Archeobatteri fossili? Quale e’ il grado di contaminazione?
Colonie di archeobatteri (California).
L’uomo su Marte: Problemi.
1) Atmosfera: manca ossigeno e pressione troppo bassa
2) Temperature molto fredde
3) Il pianeta non ha campo magnetico intenso. Non viene quindi
schermato dal vento solare (radiazione).
4) Il pianeta ha atmosfera sottile. Manca schermo per raggi cosmici
energetici e ultravioletti. Necessari spessi scudi anti-radiazione.
5) Scarse sorgenti di energia: il pianeta e’ freddo
Perche’ non Venere?
1) Atmosfera densa di anidride carbonica: 90 atm.
2) Temperatura elevata per effetto serra: ~400 gradi
3) Nubi di acido solforico
4) Vulcani tuttora molto attivi.
Raggio=6051 km
Massa= 82% Terra
g=8,87 ms-2
5) Non esiste campo magnetico (rotazione troppo lenta, 243 giorni).
6) Forse c’era acqua, ma vicino al punto di ebollizione.
7) Difficile si sia sviluppata la vita.
Questa è
l’ultima immagine
che abbiamo
ricevuto dal
rover prima che
troncasse le
trasmissioni.
MISSIONI SPAZIALI A MARTE
1) Flyby: passaggio ravvicinato e raccolta di immagini
2) Orbiter: entrata in orbita e raccolta di immagini
3) Rover: esplorazione con robot, raccolta immagini
ravvicinate e esperimenti in situ.
4) Sample return: raccolta di campioni da riportare a Terra.
5) Esplorazione umana.
[Unnamed]
USSR
10/10/60
Mars flyby
did not reach Earth orbit
[Unnamed]
USSR
10/14/60
Mars flyby
did not reach Earth orbit
[Unnamed]
USSR
10/24/62
Mars flyby
achieved Earth orbit only
Mars 1
USSR
11/1/62
Mars flyby
radio failed at 65.9 million miles (106 million km)
[Unnamed]
USSR
11/4/62
Mars flyby
achieved Earth orbit only
Mariner 3
U.S.
11/5/64
Mars flyby
shroud failed to jettison
Mariner 4
U.S.
11/28/64
first successful Mars flyby 7/14/65
returned 21 photos
Zond 2
USSR
11/30/64
Mars flyby
passed Mars but radio failed, returned no planetary data
Mariner 6
U.S.
2/24/69
Mars flyby 7/31/69
returned 75 photos
Mariner 7
U.S.
3/27/69
Mars flyby 8/5/69
returned 126 photos
Mariner 8
U.S.
5/8/71
Mars orbiter
failed during launch
Kosmos 419
USSR
5/10/71
Mars lander
achieved Earth orbit only
Mars 2
USSR
5/19/71
Mars orbiter/lander arrived 11/27/71
no useful data, lander destroyed
Mars 3
USSR
5/28/71
Mars orbiter/lander, arrived 12/3/71
some data and few photos
Mariner 9
U.S.
5/30/71
Mars orbiter, in orbit 11/13/71 to 10/27/72
returned 7,329 photos
Mars 4
USSR
7/21/73
failed Mars orbiter
flew past Mars 2/10/74
Mars 5
USSR
7/25/73
Mars orbiter, arrived 2/12/74
lasted a few days
Mars 6
USSR
8/5/73
Mars orbiter/lander, arrived 3/12/74
little data return
Mars 7
USSR
8/9/73
Mars orbiter/lander, arrived 3/9/74
little data return
Viking 1
U.S.
8/20/75
Mars orbiter/lander, orbit 6/19/76-1980, lander
7/20/76-1982
Combined, the Viking orbiters and landers returned
50,000+ photos
Viking 2
U.S.
9/9/75
Mars orbiter/lander, orbit 8/7/76-1987, lander 9/3/761980
combined, the Viking orbiters and landers returned 50,000+
photos
Phobos 1
USSR
7/7/88
Mars/Phobos orbiter/lander
lost 8/88 en route to Mars
Phobos 2
USSR
7/12/88
Mars/Phobos orbiter/lander
lost 3/89 near Phobos
Mars Observer
U.S.
9/25/92
orbiter
lost just before Mars arrival 8/21/93
Mars Global Surveyor
U.S.
11/7/96
orbiter, arrived 9/12/97
currently conducting prime mission of science mapping
Mars 96
Russia
11/16/96
orbiter and landers
launch vehicle failed
Mars Pathfinder
U.S.
12/4/96
Mars lander and rover, landed 7/4/97
last transmission 9/27/97
Nozomi (Planet-B)
Japan
7/4/98
Mars orbiter, currently in orbit around the Sun
Mars arrival delayed to 12/03 due to propulsion problem
Mars Climate Orbiter
U.S.
12/11/98
Orbiter
lost on arrival at Mars 9/23/99
Mars Polar Lander/Deep
Space 2
U.S.
1/3/99
lander/descent probes to explore Martian south pole
lost on arrival 12/3/99
Mars Odyssey
U.S.
4/7/01
Orbiter
currently conducting prime mission of science mapping
Atterraggio dei rover
http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/
http://www.msss.com/mars_images/moc/index.html
Raggio = 3397 km
T=-630
P. Atm. = 7 mbar
= 3.69 m/s2
Distanza dal sole =
228.000.000 km
Giorno = 24h40m
Anno Marziano =
686.9 giorni
Raggio=6378 km
T=150
P. Atmosferica = 1000 mbar
g = 9.81 m/s2
Distanza dal sole = 150.000.000 km
g