1 Introduzione 1.1 La storia dell esplorazione di Marte

1 Introduzione 1.1 La storia dell esplorazione di Marte Dobbiamo ricordare che il legame tra Marte e la scienza è vecchio quanto la scienza moderna stessa. Nel 1609 Keplero, grazie alle osservazioni di Marte di Tycho Brahe, pubblicò le prime sue due leggi. L'esplorazione vera e propria di Marte, a livello di osservazione, iniziò pochi mesi dopo: Galileo, fatta la sua prima osservazione della Luna il 30 novembre 1609, osservò Marte già nel 1610. I primi risultati furono ottenuti da due astronomi che lavorarono per il re Sole nella seconda metà del secolo, l'olandese Huygens e l'italiano Cassini. Risultati come la lunghezza del giorno marziano, la stima della distanza Terra-Marte, la scoperta della calotta polare meridionale e della Syrtis Major furono merito dei due grandi scienziati. Dopo di loro bisogna aspettare la venuta di Herschel, lo scopritore di Urano, per vedere nuovi progressi nello studio del pianeta. Nel XVIII secolo furono così fissate le "misure astronomiche" del pianeta rosso: il periodo di rotazione, l'inclinazione dell'asse, le calotte polari, l'esistenza di un'atmosfera. Nel 1800 la grande sfida fu, contemporaneamente alla corsa verso strumenti sempre più grandi e potenti e siti sempre meno disturbati dall'atmosfera, lo studio della geografia marziana. Da questo punto di vista, Marte non è certo un oggetto facile da studiare; è piccolo, con un diametro poco superiore alla metà di quello terrestre, è lontano, mai meno di 56 milioni di chilometri e in aggiunta è rosso, ovunque. Marte manca di strutture che spicchino o di forti contrasti come possono essere quelli tra gli oceani e i continenti sulla Terra. Conseguenti a queste proprietà sono, da un lato, la necessità di strumenti tecnicamente avanzati e condizioni atmosferiche e astronomiche favorevoli per studiare Marte e dall altro la capacità dell astronomo di discernere ciò che realmente si vede da ciò che la sua mente vuole vedere. Nonostante le difficoltà, i progressi tecnici permisero la compilazione dei primi atlanti marziani (Beer e Mädler, Dawes, Secchi), nonché la scoperta di Phobos e Deimos, le due lune del pianeta (Hall, 1877). Alla fine del secolo risalgono le prime osservazioni significative dell'astronomo italiano Giovanni Schiaparelli (1835-1910). Egli, insieme al francese Camille Flammarion e all'americano Percival Lowell, portò di peso l'esplorazione di Marte al grande pubblico mondiale, nel reame della speranza, dell'immaginazione e del sogno. 1

L episodio scatenante è noto ai più: Schiaparelli, mentre osservava da Milano il pianeta durante l opposizione del 1877, vide un insieme di canali rettilinei che incrociavano la superficie di Marte e ipotizzò l esistenza di una razza intelligente che li avesse costruiti. Per di più il termine canale fu tradotto in inglese come canal (canale artificiale) anziché channel (canale naturale) e col diffondersi della scoperta si diffuse anche l idea di un pianeta abitato. Figura(1.1): Mappa di Marte secondo Schiaparelli (1879) Nei decenni successivi si videro confrontarsi opinioni diverse ma concordi sull immagine Lowelliana di un Marte vivo e abitato da una razza intelligente che, per sopravvivere al progressivo inaridimento del pianeta, aveva creato e mantenevano una vasta rete di canali per imbrigliare e sfruttare le acque delle calotte polari. Verso la fine del secolo, con il progressivo migliorarsi dei mezzi tecnici, cominciarono a comparire voci che confutavano l esistenza dei canali, solo in pochi li vedevano e quei pochi solo in alcune circostanze particolari. Moltissimi ricercatori non furono mai in grado di percepirli. I canali non esistono: sotto particolari condizioni osservative i complessi dettagli della superficie marziana sono percepiti come un intrecciarsi di linee sottili. Nonostante questo, l inesistenza non ci permette di dimenticare i canali e la Grande Illusione del mondo morente che avrebbero dovuto salvare, soprattutto per l influenza che hanno avuto sulla letteratura e sulle persone che, negli anni successivi avrebbero creato l esplorazione spaziale. A cominciare dagli invasori interplanetari di H.G. Wells o dalle suggestioni invocate dal Barsoom di Edgar Rice Burroghs, i canali e il mondo morente che avrebbero dovuto salvare fanno parte di quell immaginario collettivo che è stato il motore delle prime esplorazioni spaziali e che a tutt oggi è un elemento importante nelle motivazioni di coloro che si occupano di Spazio. Quanti tra coloro che gravitano attorno a questo ambiente non hanno mai fantasticato di fronte ad un avventura tra i canali di Marte? Negli anni che seguirono la prima guerra mondiale, sebbene la teoria dei canali fosse definitivamente tramontata agli occhi della comunità scientifica, il resto della visione di Lowell rimase influente e fu confermata ancora per molti anni da osservatori che ora, oltre all osservazione diretta, si affidavano a nuove tecniche di indagine: i loro strumenti erano gli spettroscopi, i polarimetri e le termocoppie. Furono fatti numerosi tentativi di determinare le proprietà dell atmosfera, della superficie e del ciclo termico marziani, tentativi che, grazie a scienziati come Kuiper, Kaplan, Dollfus, diedero corpo ad un idea del pianeta rosso più vicina alla realtà. Dagli studi viene la descrizione di un mondo aridissimo, dotato di un atmosfera estremamente rarefatta e composta in gran parte di anidride carbonica, con una superficie molto corrugata e le cui trasformazioni erano causate dalla polvere sollevata dal vento anziché da un ciclo della vegetazione. Pur essendo ben coadiuvate da prove sperimentali e da dati certi, queste teorie rimanevano troppo fredde e astratte, insufficienti a cambiare le idee del grande pubblico, ancora affascinato dalla 2

romantica visione lowelliana. Queste teorie e quella fascinazione però, contribuirono insieme, il 14 luglio 1965, a cambiare la nostra percezione del pianeta rosso: la prima sonda umana, Mariner 4, effettuò il primo passaggio ravvicinato nei pressi del quarto pianeta del sistema solare. 1.1.1 Missioni robotiche su Marte e la ricerca della vita Il 14 luglio 1965 la sonda statunitense Mariner 4 passò a 9850 Km dalla superficie di Marte, scattando una ventina di foto ed effettuando misure dell atmosfera. Le immagini inviate a terra furono sconvolgenti: raffiguravano la superficie di un pianeta deserto, piena di crateri come quella lunare, un pianeta privo di vita e immutato da milioni di anni. Le misure dell atmosfera confermavano poi la visione di un Marte assai dissimile dalla Terra: la pressione atmosferica risultava compresa tra 4 e 6 millibar, dovuta al 95% all anidride carbonica. Figura(1.2): Mariner 4: immagine del Mariner Crater (35 S 164 W), da 12600Km di distanza avevano fotografato un decimo della superficie ma avevano mancato tutte le strutture più spettacolari del paesaggio marziano come gli imponenti vulcani, i profondi canyon e i letti asciutti di fiumi, laghi e mari. Le due missioni successive, Mariner 6 e 7, progettate anch esse come flyby, passarono molto più vicino al pianeta (a 3500 Km) e portarono la copertura di Marte al 10% dal 1% di Mariner 4, con una qualità assai superiore. Le misure di temperatura e pressione, concordi con quelle della missione precedente, confermarono il sospetto che le calotte polari fossero composte, per la quasi totalità, da anidride carbonica. Dalle tre missioni uscì una rappresentazione di Marte molto simile alla Luna, tutto crateri e desolazione, senza nessuna delle fantastiche caratteristiche evocate da Lowell. Da un estremo all altro, anche questa idea di Marte era sbagliata: per pura sfortuna, nello scandagliare l emisfero meridionale (in ogni modo il più ricco di crateri), le sonde Nell opposizione successiva, nel 1971, grazie all ultima missione della serie Mariner, la 9, si iniziò ad intuire la verità sul pianeta rosso. Mariner 9, il 10 novembre 1971, entrò in orbita attorno a Marte con un inclinazione di 65 a 1350 Km dalla superficie e si spense attendendo la fine di un enorme tempesta di polvere che oscurava la superficie (la Grande Tempesta coprì tutto il pianeta da ottobre a dicembre con una coltre di Figura(1.3): Mariner 9: Immagine del labirintico estremo Ovest delle Valles Marineris, 400Km polvere fittissima). Le sonde sovietiche arrivate centrati a 6 S, 105 W. Si notino le catene di crateri nello stesso momento, bloccate da una rigida e le mesas. programmazione, videro la loro missione fallire completamente. Dall inizio dell anno fino al 27 ottobre 1972 Mariner 9 scattò 7239 fotografie mappando il pianeta, specialmente nella fascia compresa tra 25 N e 65 S. 3

Le immagini che arrivarono a terra mostravano per la prima volta la vera faccia del pianeta: monti, vulcani, crateri, canyon, pianure, l imponente differenza tra i due emisferi, i segni degli oceani, dei laghi e dei fiumi i crateri contornati dai segni del ghiaccio e dell acqua. Per dare un idea, l importanza delle scoperte fu tale che l Unione Astronomica Internazionale fu costretta a cambiare i nomi sulla mappa di Marte per renderli corrispondenti alla realtà. Dopo Mariner 9, Marte assunse caratteristiche sue proprie, diverso dalla Luna come dalla Terra, con segni evidenti della presenza di acqua liquida nel passato e con la possibilità che la vita ci fosse o ci fosse stata prima dell evoluzione climatica che aveva inaridito il pianeta Missione Nazione Lancio Arrivo Risultati Mars 1 URSS 01/11/62 Contatto radio perso il 21/03/63 Mariner 3 USA 05/11/64 Perduta il 06/11/64 per problemi dopo il lancio Mariner 4 USA 28/11/64 14/07/65 Flyby, foto Zond 2 URSS 30/11/64 Contatto radio perso nel maggio 1965 Mariner 6 USA 24/02/69 31/07/69 Flyby, foto Mariner 7 USA 27/03/69 05/08/69 Flyby, foto Mariner 8 USA 08/05/71 Perduta al lancio Mars 2 URSS 19/05/71 27/11/71 Mars 3 URSS 28/05/71 02/12/71 Orbiter, foto durante la Grande Tempesta, Lander distrutto all atterraggio Orbiter, foto durante la Grande Tempesta, Lander disattivato dopo l atterraggio Mariner 9 USA 30/05/71 10/11/71 Orbiter, mappatura del pianeta Mars 4 URSS 21/07/73 Perduta il 10/02/74 Mars 7 URSS 09/08/73 Perduta il 09/03/74 Viking 1 USA 20/08/75 20/07/76 Orbiter, Lander, analisi in situ Viking 2 USA 08/09/75 03/09/76 Orbiter, Lander, analisi in situ Phobos 1 URSS 07/07/88 Contatto radio perso il 02/09/88 Phobos 2 URSS 12/07/88 gen-1989 Foto della superficie, contatto radio perso il 27/03/89 Mars Observer USA 25/09/92 Contatto radio perso il 21/08/93 Tabella ( 1.1): Schema delle principali missioni verso Marte fino agli anni novanta 4

Figura(1.4): Viking Lander 1, vista del panorama marziano con, in primo piano, il braccio robotico e le trincee da esso scavate Mancava ormai solo un passo: l analisi diretta della superficie in cerca di vita, cosa che si proposero di fare le missioni Viking. Partita nella tarda estate del 1975, la coppia di sonde (entrambe dotate di Lander) era stata progettata per mettersi in orbita attorno al pianeta, verificare i possibili siti di atterraggio e fare da ponte radio per i Lander. In seguito, con strumenti molto più evoluti di quelli a bordo di Mariner 9, gli Orbiter avrebbero fotografato il pianeta e analizzato l atmosfera. Tutto andò come previsto ed entrambi i Lander atterrarono nei siti monitorati, come mostrato in tabella. Lander Data Luogo Lat. Long. Viking 1 20/7/76 Chryse Planitia 22.5 N 48 W Viking 2 3/9/76 Utopia Planitia 48 N 225.7 W Tabella ( 1.2): Siti di atterraggio delle missioni Viking I due Lander pesavano ciascuno 600Kg ed erano dotati di un braccio meccanico, di un laboratorio miniaturizzato in grado di svolgere tutti gli esperimenti biologici, di telecamere e sensori meteorologici e sismografici. Figura(1.5): Viking Lander 2, Panorama marziano (mosaico di foto) con varie parti del Lander in vista 5