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Dal Mito alla Storia

E' uno dei pianeti visibili ad occhio nudo e per via del suo caratteristico colore rosso che ricordava il sangue fu associato sia nella cultura greca che in quella romana con il dio della guerra, rispettivamente Ares e Marte. Venerato precedentemente anche dagli Etruschi, fu pero' nella cultura romana repubblicana prima ed imperiale poi ad avere la sua massima importanza; era considerato infatti il padre del popolo romano proprio per aver generato Romolo e Remo, il culto ellenistico venne ripreso, inglobato e riadattato in quello romano.
Nato da Giunone, Marte fu allevato da Priapo e da esso istruito nelle arti della guerra: le leggende sulla sua nascita trovano alcune corrispondenze con quelle della mitologia norrenica riguardanti il dio Thor. Dio della guerra ma anche difensore armato dei campi e delle coltivazioni, era conosciuto nella cultura romana con vari titoli: da protettore a vendicatore e venne rappresentato anche su monete numerose volte. Dal nome del dio Marte derivano sia il martedi' sia il mese di marzo, il primo mese dell'anno nel calendario romano, almeno fino a Giulio Cesare, e a lui dedicato con particolari festeggiamenti; nel mese di ottobre si tenevano poi altre cerimonie e sacrifici in suo onore.
Anche in altre culture e civilta' il pianeta fu associato ad un dio guerriero, come in quella babilonese dove veniva chiamato Nergal, anche dio del fuoco e della distruzione; nella lingua sanscrita in India era conosciuto come Angaraka, anche in questo caso dio della guerra, mentre nella mitologia induista il suo nome era Mangala. Per le altre culture asiatiche, come quella cinese e giapponese, il pianeta era noto come Stella Infuocata, per gli antichi egizi era Horus il Rosso e per gli arabi invece era al-Mirrikh.
Il pianeta che lo identificava in cielo fu osservato fin dai tempi di Aristotele che osservo' anche una sua occultazione da parte della Luna, facendo comprendere al grande filosofo che in realta' esso si trovava al di la' del nostro satellite ma giungendo all'errata conclusione che entrambi ruotassero intorno alla Terra. Molti secoli piu' tardi l'astronomo danese Tycho Brahe14/12/1546 - 24/10/1601, definito anche come l'ultimo grande astronomo prima dell'invenzione del telescopio. accumulo' una grande quantita' di osservazioni sulla posizione dei pianeti visibili ad occhio nudo e in particolare di Marte; dopo la sua morte tutto il materiale osservativo fu ereditato da Johannes Kepler 27/12/1571 - 15/11/1630, scopritore delle leggi che regolano le orbite dei pianeti e che portano il suo nome che lo utilizzo' per ricavare le sue tre famose leggi sui moti planetari. Le tre leggi di KeplerTrattazione matematica delle leggi sui moti planetari scoperte da Johannes Kepler (da Wikipedia) permettono di descrivere compiutamente il percorso di un qualunque corpo celeste in orbita intorno ad un altro, sia che si tratti di un satellite intorno al suo pianeta, di un pianeta intorno alla sua stella oppure di un stella intorno ad un'altra: le leggi di Kepler sono universali e furono usate da Isaac Newton25/12/1642 - 20/03/1726, astronomo, fisico, matematico e molto altro ancora; probabilmente uno dei piu' grandi geni di tutti i tempi: fu anche presidente della Royal Society e direttore della Zecca Inglese. che dedusse da esse la spiegazione sulla dinamica dei moti planetari e giunse a formulare, per giustificare la causa stessa del moto, una forza che chiamo' forza di gravita' e da questo giunse alla legge di gravitazione universale.
La prima legge di Kepler afferma che tutte le orbite descritte da un pianeta che orbita intorno al Sole sono delle ellissi, in cui il Sole occupa uno dei fuochi: dalla prima legge si deduce quindi che la distanza del pianeta dal Sole non e' costante e che esiste un punto dell'orbita in cui il pianeta sara' piu' vicino al Sole (perielio) ed uno dove sara' piu' lontano (afelio). La seconda legge afferma che il segmento che unisce il pianeta al Sole, detto anche raggio vettore, descrive aree uguali in tempi uguali: una delle conseguenze della seconda legge e' che la velocita' del pianeta in prossimita' del perielio sara' maggiore di quella all'afelio. La terza legge afferma infine che il quadrato del tempo di percorrenza dell'orbita di un pianeta e' proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole. Le tre leggi sono esatte con alcune indispensabili premesse come il fatto che la massa dell'oggetto orbitante sia trascurabile rispetto a quella del corpo principale, che entrambi gli oggetti possano essere ridotti concettualmente a punti materiali ed altro ancora; queste leggi, dedotte da Kepler in modo empirico dalle osservazioni delle posizioni di Marte nel cielo, non solo affermarono ancora una volta la validita' del sistema eliocentrico rispetto a quello geocentrico ma permisero anche un'enorme quantita' di scoperte e vengono comunemente usate per calcolare la posizione degli oggetti del nostro Sistema Solare.
Nel 1590 l'astronomo e matematico tedesco Michael Maestlin, mentore di Kepler, osservo' l'unica occultazione documentata nella storia dell'astronomia di Marte da parte di Venere.

I parametri caratteristici che descrivono l'orbita di un pianeta intorno al Sole. Come scopri' Kepler tutti i pianeti orbitano intorno al Sole seguendo un'ellisse in cui il Sole stesso occupa uno dei fuochi, contraddicendo l'ipotesi di Niccolo' Copernico secondo cui le orbite dovevano essere perfettamente circolari con il Sole al centro. Le osservazioni delle posizioni registrate da Tycho Brahe per il pianeta Marte furono le piu' utili di tutte perche' l'orbita di Marte e' una di quelle con maggior eccentricita', per cui piu' ellittica di altre. (Immagine tratta da Wikipedia)

Nell'immagine l'esposizione grafica della seconda legge: l'area rappresentata dal settore circolare Sole-C-D e' uguale all'area Sole-A-B e i relativi segmenti di orbita vengono percorsi in tempi uguali; questo significa che il pianeta deve accelerare la sua velocita' lungo l'orbita quando si trova piu' vicino al Sole e decelerare quando si trova piu' lontano, in quanto anche se le aree sono uguali i segmenti di orbita descritti sono molto diversi. (Immagine tratta di Wikipedia)

Oltre al normale moto giornaliero da est verso ovest e coerente con quello della volta celeste, dovuto alla rotazione della Terra intorno al proprio asse, i pianeti sono noti fin dall'antichita' per i loro lenti movimenti da ovest verso est che rappresentano i moti di rivoluzione intorno al Sole cosi' come visti dal nostro pianeta. Accade pero' periodicamente che i pianeti si muovano per qualche tempo in maniera opposta, invertano cioe' il loro moto apparente nel cielo: tale movimento viene detto retrogado. Questo fenomeno sconcerto' non poco gli antichi osservatori greci che li costrinse ad inventare strani e complicati meccanismi nel tentativo di spiegarli e che tra l'altro causo' l'origine del nome pianeti che in greco significava vagabondi o erranti. L'immagine illustra tale movimento e fornisce la sua spiegazione, fornita per primo da Kepler, come un fenomeno dovuto al sommarsi del moto orbitale del pianeta e di quello della Terra, quindi come un effetto prospettico ed illusorio; Kepler utilizzo' l'orbita di Marte in quanto la piu' vicina a quella della Terra e quindi con gli effetti piu' appariscenti. (Immagine tratta dal libro I Pianeti di Carl Sagan e Jonathan Norton Leonard, edito in Italia da Arnoldo Mondadori Editore, 1967)

Le Osservazioni Telescopiche

Il primo a puntare un telescopio in direzione di Marte fu Galileo Galilei15/02/1564 - 08/01/1642, astronomo, matematico e fisico, considerato universalmente come il padre fondatore della scienza moderna. intorno al 1609, pero' poter osservare ben poco visto le piccole dimensioni dello strumento e la scarsa qualita' delle sue ottiche. Bisognera' pero' aspettare fino alla seconda meta' del XIX secolo per poter avere le prime osservazioni significative del pianeta, contemporaneamente al miglioramento della qualita' ottica di lenti e specchi astronomici e parallelamente con la costruzione di telescopi sempre piu' grandi. La grande opposizioneUn pianeta viene definito in opposizione quando si trova in cielo a 180° di distanza dal Sole; in queste condizioni normalmente il pianeta e' anche nel punto della sua orbita piu' vicino alla Terra ed e' visibile per tutta la notte. di Marte del settembre 1877 trovo' l'astronomo italiano Giovanni Schiaparelli14/03/1835 - 04/07/1910, Astronomo, ingegnere e storico della scienza. E' considerato uno dei piu' grandi astronomi italiani e fu anche senatore del Regno d'Italia. pronto all'osservazione con il telescopio a lenti da 22 cm dell'Osservatorio di Brera a Milano. Per stessa ammissione di Schiaparelli il suo primo intento era stato quello di testare lo strumento ottico nell'osservazione planetaria dopo che si era dimostrato estremamente efficiente sulle stelle doppie; in realta' poi l'astronomo prosegui' le osservazioni di Marte per diversi anni, creando una nuova nomenclatura per le caratteristiche superficiali visibili al telescopio e compilando la prima mappa del pianeta utilizzando tecniche normalmente utilizzate all'epoca per la cartografia terrestre. I nomi introdotti da Schiaparelli per le formazioni marziane derivavano da luoghi geografici terrestri, antiche popolazioni ed anche dalla mitologia classica; l'Unione Astronomica Internazionale adotto' e convalido' in seguito la nomenclatura introdotta dall'astronomo italiano. Nelle sue osservazioni Schiaparelli identifico' delle strutture geometriche: una serie di sottili linee scure che chiamo' canali e da lui descritte come depressioni del terreno marziano con ampiezze che potevano andare da 100 ai 200 km; la sua interpretazione era quella di una serie di canali naturali in cui scorreva l'acqua proveniente dallo scioglimento stagionale delle calotte polari: in effetti l'astronomo aveva osservato che le linee sembravano rafforzarsi e moltiplicarsi con l'avanzare della primavera ed il parallelo restringimento della calotta polare nell'emisfero interessato. Non solo quindi aveva individuato dei cicli stagionali marziani del tutto simili a quelli terrestri ma sembrava anche che avesse trovato prove concrete della presenza di acqua allo stato liquido sulla superficie di un altro pianeta. Schiaparelli pubblico' le sue osservazioni e le sue deduzioni che lo resero molto popolare presso il grande pubblico; traducendo il suo lavoro in inglese il termine coniato dall'astronomo italiano come canali inteso nel senso di strutture naturali, venne pero' modificato come se si trattasse di "canali artificiali" (canal anziche' il generico channels).
Lo stesso anno, il 1877, in cui Schiaparelli inizio' le sue osservazioni di Marte furono scoperte le sue due lune Phobos e Deimos nel mese di agosto da parte dell'astronomo americano Asaph Hall15/10/1829 - 22/11/1907. Astronomo americano, professore e responsabile del piu' grande telescopio rifrattore dell'epoca presso lo United States Naval Observatory di Washington; estremamente esperto nel calcolo delle orbite, scopri' le due lune di Marte, determino' le orbite di diversi satelliti di altri pianeti e di diverse stelle doppie, determino' il periodo di rotazione di Saturno e la massa di Marte.; i nomi dei due satelliti richiamano i due personaggi della mitologia greca figli del dio Ares, l'equivalente del romano Marte, Terrore e Fuga, tradotti dal greco, che accompagnavano il dio della guerra. Le due lune furono osservate per diverso tempo e in maniera alternata per diverso tempo fino alla seconda meta' del XX secolo allo scopo di determinarne le orbite con la massima precisione possibile, tuttavia non fu mai possibile ottenere informazioni fisiche precise a causa delle loro ridotte dimensioni. Come rilevato poi dalle sonde spaziali, i due satelliti di Marte dovrebbero essere in realta' due asteroidi catturati dal pianeta alcuni milioni di anni fa; recenti osservazioni condotte da grandi osservatori a terra e dal telescopio spaziale Hubble attraverso la spettroscopia ha permesso di confrontarli con alcuni asteroidi, sono state condotte inoltre osservazioni radar anche dall' Osservatorio di AreciboLocalizzato nell'isola di Porto Rico e' stato per molti anni il piu' grande radiotelescopio a specchio fisso del mondo; venne utilizzato in moltissime ricerche astronomiche e ha contributo notevolmente al progresso scientifico, anche usato nell'ambito della ricerca di civilta' extraterrestri (SETI). In seguito ai gravi danni riportati in seguito ad un terremoto del gennaio 2020 ed anche per via del peggioramento delle condizioni climatiche nell'isola, era stato gia' dismesso nei primi mesi dello stesso 2020. A dicembre dello stesso anno la struttura e' completamente collassata, distruggendosi. che avevano permesso alcune interessanti caratteristiche fisiche delle loro superfici. Il loro studio approfondinto e' pero' avvenuto solo grazie alle sonde spaziali.

Alcuni astronomi furono pesantemente influenzati dalle osservazioni di Schiaparelli, come l'americano Percival Lowell13/03/1855 - 12/11/1916, astronomo e fondatore dell'Osservatorio Flagstaff in Arizona, Stati Uniti, nel 1894. Il suo nome rimane legato sia alle celebri osservazioni del pianeta Marte sia alla vana ricerca del nono pianeta del Sistema Solare, scoperto solo 14 anni dopo la sua morte e chiamato Plutone che studio' Marte dall'osservatorio Flagstaff in Arizona da lui stesso fondato nell'altra favorevolissima opposizione del 1894 ed in quelle successive; anche Lowell osservo' con i suoi telescopi i "canali" marziani ed anzi ne identifico' un numero ancora maggiore rispetto a quelli visti da Schiaparelli, li attribui' un'origine artificiale ed identifico' come creatori gli abitanti del pianeta Marte, i "marziani" che, da quel momento, entrarono nell'immaginario collettivo come specie aliena intelligente per eccelenza. L'astronomo americano immagino' un mondo molto vecchio i cui i suoi abitanti erano impegnati a combattere contro una grave siccita' e per questo motivo avevano costruito una fitta rete di colossali canali di irrigazione che portavano l'acqua dai poli alle latitudini temperate.
Anche altri astronomi dell'epoca osservarono i canali su Marte ma ci furono anche diverse voci contrarie all'esistenza di queste strutture: tra questi l'italiano Vincenzo Cerulli 20/04/1859 - 31/05/1927, astronomo e matematico italiano. Fondatore dell'Osservatorio privato di Collurania a Teramo nel 1890 e dotato di un telescopio a lenti di 40 cm di diametro. che mise in dubbio l'esistenza stessa dei canali attribuendoli ad illusioni ottiche dovute sia alla scarsa qualita' di alcuni telescopi sia agli effetti di adattamento dell'occhio umano che, in particolari condizioni di scarsa visibilita' o chiarezza, tende ad associare figure geometriche ad immagini confuse. Tra i sostenitori della tesi dell'illusione ottica ci furono anche l'astronomo inglese Edward Walter Maunder 12/04/1851 - 21/03/1928, astronomo inglese noto per i suoi studi sul Sole e sul campo magnetico solare, individuo' il ciclo solare di undici anni che regola il numero delle macchie solari ed identifico' un periodo storico, dal 1645 al 1715, in cui le macchie solari erano diminuite in maniera impressionante. Quel minimo di attivita' e' ora chiamato Minimo di Maunder che compi' anche studi ed esperimenti specifici allo scopo di dimostrare la natura illusoria dei canali marziani e Richard Anthony Proctor anche lui inglese che fu uno dei primi a sollevare dubbi sull'esistenza dei canali osservati da Schiaparelli.
Nel 1909 sia Camille Flammarion26/02/1842 - 03/06/1925. Astronomo francese, romanziere e uno dei piu' grandi divulgatori scientifici, autore molto profilico con al suo attivo piu' di 50 opere. sia Eugenios Michael Antoniadi01/03/1870 - 10/02/1944. Astronomo francese di origine greca e' famoso per le sue osservazioni Marte, per aver tentato di realizzare la prima mappa di Mercurio e per aver creato la scala di seening che porta il suo nome. entrambi francesi osservarono Marte senza rilevare alcun segno di canali, anzi rilevarono che quelle che si pensava fossero linee rette erano in realta' un insieme di piccoli punti scuri che l'occhio umano tendeva ad associare a segmenti rettilinei. Tra i detrattori dei canali marziani e della stssa esistenza di forme di vita sulla superficie di Marte vi furono anche Alfred Russel Wallace 08/01/1823 - 07/11/1913. Naturalista, biologo, antropologo e geografo; elaboro' una teoria evoluzionistica molto simile a quella di Darwin. naturalista inglese che obietto' come la pressione atmosferica e la temperatura fosse troppo bassa per permettere la presenza di acqua allo stato liquido sulla superficie del pianeta rosso e William Wallace Campbell11/04/1862 - 14/06/1938. Astronomo americano, pioniere della spettroscopia astronomica e direttore dell'Osservatorio Lick dal 1900 al 1930. che condusse le prime analisi spettroscopiche Analisi e misurazione dello spettro elettromagnetico rilevando la totale mancanza sia di acqua sia di ossigeno nell'atmosfera del pianeta e che quindi scrisse la parola fine a tutte le teorie sui marziani e sulle loro costruzioni.

La mappa di Marte pubblicata da Schiaparelli nel 1888; le zone scure sono immaginate come mari oppure oceani in latino, insieme ai piu' sottili canali. (da Wikipedia)

Le mappe di Marte disegnate da Lowell. (da Wikipedia)

In realta' pero' la credenza che sul pianeta rosso fossero presenti forme di vita vegetali e forse anche qualche primitiva forma animale rimase diffusa fino agli inizi degli sessanta del secolo scorso. Ad alimentare questa convinzione presso alcuni scienziati c'erano le osservazioni dei cambiamenti stagionali che si possono osservare sulla superficie di Marte e che avevano gia' indotto in errore astronomi come Schiaparelli e Lowell: apparentemente l'avanzare della primavera in uno degli emisferi marziani si accompagna al progressivo restringimento della calotta polare e al parallelo intensificarsi della colorazione scura in alcune regioni poste a latitudini temperate, mentre le aree presumibilmente desertiche rimangono inalterate. E' una situazione che, in maniera quasi irresistibile, fa pensare al risveglio della vegetazione dopo il lungo sonno invernale in maniera simile a quello che succede sulla Terra. Piu' che una convinzione era, per alcuni scienziati come ad esempio Carl Sagan, una speranza: oltre alla possibilita' dell'esistenza di una fitta vegetazione, veniva anche ipotizzata la presenza su Marte di insetti che potevano essersi adattati alle rigide temperature superficiali con alcuni meccanismi biochimici, cosi' come avviene per alcuni analoghi animali terrestri; la speranza si rilevo' alla fine del tutto vana: i cambiamenti di intensita' e colore sulla superficie marziana erano in realta' dovuti a polvere e sabbia finissima che veniva trasportata dai venti innescati dai cambianti stagionali e che si depositavano sulle formazioni presenti alle latitudini intermedie tra quelle polari e quelle equatoriali. Nessuna forma di vita, ne' presente ne' passata, e' stata in effetti finora scoperta su Marte.

La mappa per osservazioni telescopiche di Marte disegnata da P.Tanga e M.Frassati per l'Unione Astrofili Italiani (UAI) negli anni tra il 1988 e il 1999. (da Wikipedia).

Come veniva immaginata la vita su Marte ancora agli inizi degli anni sessanta del XX secolo. Muschi e licheni che si aggrappano alle rocce e che traggono dall'atmosfera il vapore acqueo necessario al loro sostentamento; vapore acqueo che e' immesso nell'atmosfera dallo scioglimento delle calotte polari durante la primavera e l'estate marziana. Da I Pianeti del Sistema Solare di J.Sadil e L.Pesek, edito da C.E.Giunti Bemporad Marzocco 1963-1967, presentazione, adattamento e traduzione di Giorgio Abetti05/10/1882 - 24/08/1982. Astronomo, fisico e grande divulgatore italiano; i suoi maggiori contributi sono nell'ambito della fisica solare, direttore dell'Osservatorio di Arcetri contribui' alla costruzione della Torre Solare, strumento all'epoca all'avanguardia nelle ricerche sul Sole.

Dagli anni settanta del secolo scorso in poi l'osservazione telescopica di Marte era progressivamente divenuta un'attivita' a cui si dedicavano principalmente gli appassionati di astronomia, con gli astronomi professionisti che rivolsero la loro attenzione sempre di piu' alle missioni spaziali ed ai pochi grandi Osservatori Planetari sparsi per il globo, come quello di Pic du Midi sui Pirenei francesi, sito di eccellenza per l'osservazione planetaria grazie al suo particolare ed eccellente seening che permette di ottenere straordinarie immagini di pianeti. In tempi piu' recenti si e' anche fatto ricorso al Telescopio Spaziale Hubble per alcuni studi particolari, ottenere immagini di Marte e, in generale, avere un punto di vista alternativo a quello fornito dalle sonde spaziali.
In sostanza si puo' affermare che dall'epoca in cui Galileo Galilei utilizzo' per la prima volta un rudimentale strumento ottico per osservare il cielo, ovvero nel 1609, solo della seconda meta' del XIX secolo e' stato possibile condurre proficue osservazioni su Marte che hanno condotto ad alcune scoperte, come i cicli stagionali e il mutevole aspetto della superficie marziana, ma generato anche grandi malitensi, come quello dei canali, e diffuso false convinzioni riguardanti la presenza di vita sul pianeta rosso. E' stato necessario attendere lo sviluppo di nuove tecnologie e metodi di analisi, come quella spettroscopica nel XX secolo, per fare qualche significativo progresso nelle conoscenze su Marte; la svolta veramente definitiva si e' tuttavia avuta con l'inizio dell'era spaziale e l'invio delle prime sonde automatiche a partire dalla seconda meta' degli sessanta del secolo scorso. E' quindi assolutamente corretto affermare che sono stati piu' fruttuosi gli ultimi sessanta anni circa rispetto ai secoli passati di osservazioni telescopiche: e' anche pero' vero che senza quelle prime, pioneristiche, osservazioni forse non saremmo mai arrivati alle conoscenze attuali.

L'Era Spaziale

La prima missione effettuata con successo verso Marte fu quella del Mariner 4La prima sonda costruita dall'uomo a raggiungere e fotografare il pianeta Marte, nel 1965 della NASA, l'ente spaziale americano, nel 1964 che riusci' ad inviare alla Terra le prime immagini ravvicinate della superficie del pianeta; in realta' c'erano stati precedentemente altri sei tentativi (cinque da parte dell'allora Unione Sovietica e uno da parte americana) tutti falliti. Il Mariner 4 fu lanciato nel novembre 1964 poco dopo della sua gemella Mariner 3 che pero' non ebbe fortuna per via del mancato spiegamento dei pannelli solari, fallendo cosi' proprio nelle primissime fasi della missione; dopo un viaggio di quasi otto mesi la sonda raggiunse il pianeta rosso il 15 luglio 1965 e fu in grado di scattare 21 fotografie della superficie ad una distanza media di circa 13.000 km. Quello che le immagini mostrarono era una superficie arida, brulla e priva di vita, costellata di crateri da impatto, molto piu' simile a quella lunare che non a quella terrestre; inoltre le misurazioni dei numerosi strumenti a bordo della sonda rilevarono un'atmosfera sottilissima e molto rarefatta, la totale assenza di campo magnetico e di fasce di radiazioni simili a quelle di Van Hallen che circondano e difendono il nostro pianeta dalle mortali radiazioni solari e cosmiche. Tutti questi elementi fecero cadere definitivamente le residue speranze degli scienziati che il pianeta rosso potesse ospitare qualunque forma di vita e portarono anche a riconsiderare le priorita' nell'ambito delle missioni spaziali esplorative: Marte aveva avuto la priorita', specie da parte dell'amministrazione americana, perche' si pensava che avesse buone probabilita' di ospitare forme di vita, dopo la missione del Mariner 4 tutte le seguenti missioni gia' programmate furono ridimensionate o riconsiderate.

Nel 1969 fu la volta delle sonde americane Mariner 6 e Mariner 7 che riuscirono a scattare quasi duecento foto coprendo circa il 20% della superficie marziana da una distanza di poco piu' di 3.000 km; quasi contemporaneamente l'Unione Sovietica aveva preparato un'ambiziosa missione che prevedeva una sonda che avrebbe dovuto orbitare intorno a Marte del peso di almeno cinque tonnellate, purtroppo entrambe le due sonde gemelle vennero perse al momento del lancio. Nel 1971 fu la volta del Mariner 9 che riusci' ad inserirsi in orbita intorno a Marte e fotografare nei dettagli la superficie del pianeta: scopri' gli enormi vulcani, il sistema di canyon quale la Valles Marineris (chiamata cosi' proprio in onore della sonda), individuo' chiari indizi della presenza di acqua sulla superficie in epoche remote e regalo' le prime immagini delle due lune di Marte: Phobos e Deimos. Nello stesso anno arrivarono in orbita intorno al pianeta rosso anche le sonde sovietiche Mars 2 e Mars 3 che erano composte ognuna da un modulo orbitale (orbiter) e un modulo di atterraggio (lander): i primi avevano i compiti di fotografare la superficie, studiare campi magnetici, le interazioni con il vento solare ed effettuare altre diverse analisi a distanza, mentre ai lander era affidato il compito di studiare in maniera diretta ed approfondita la superficie. I due moduli di atterraggio non ebbero pero' molta fortuna, in quanto il primo si schianto' sulla superficie mentre il secondo riusci' a trasmettere solo per quindici secondi prima di guastarsi irreparabilmente per cause sconosciute; in ogni caso furono i primi oggetti costruiti dall'uomo a prendere contatto con la superficie marziana.

Nel 1973 i sovietici tentarono l'invio di ben altre quattro sonde sul pianeta, due in versione orbiter (Mars 4 e Mars 5) e due progettate per un incontro ravvicinato (flyby) e dotate di un lander (Mars 6 e Mars 7). Di queste solo la Mars 5 ebbe un parziale successo, riuscendo a trasmettere una sessantina di immagini a terra prima che un guasto nel sistema di comunicazione decretasse la fine prematura della missione. Nel 1976 fu invece il turno degli americani con la missione delle due sonde gemelle Viking< lanciate nel mese di agosto del 1975, raggiunsero entrambe Marte verso la meta' di giugno dell'anno successivo; composte ognuna da un modulo orbitale e da un modulo di atterraggio eseguirono i loro compiti in maniera piu' che impeccabile, inviando a terra almeno 1.400 fotografie e compiendo analisi dettagliate della composizione della superficie e dell'atmosfera marziana. Nei lander era installato anche un piccolo laboratorio chimico automatizzato che permise le prime analisi e test in loco per determinare la presenza di composti organici e di microrganismi: i risultati furono pero' contrastanti per via di alcuni errori concettuali commessi dai progettisti degli esperimenti biochimici. Solo piu' di trenta anni piu' tardi e' stato possibile chiarire almeno uno degli aspetti e rilevare l'effettiva presenza di composti organici sulla superficie marziana; al contrario ancora non vi e' ancora alcuna evidenza di un qualsiasi tipo di microrganismo, neppure come fossile.

Bisognera' poi attendere fino al 1996 per poter assistere ad un altro successo di una missione su Marte, dopo i clamorosi fallimenti nel 1988 delle sonde sovietiche Phobos 1 e Phobos 2 e nel 1992 dell'americana Mars Observers. Lanciata nel novembre 1996 la sonda Mars Global Surveyor si immise in orbita marziana nel settembre 1997 ma inizio' il suo lavoro solo a marzo del 1999: progettata per orbitare intorno al pianeta, riusci' a mappare l'intera superficie con una chiarezza e risoluzione senza precedenti. La sonda completo' i suoi compiti nel 2001 ma visto che era ancora ottimamente operativa il suo esercizio venne prolungato fino al 2006, quando si persero completamente i contatti. Oltre alla completa mappatura della superficie, la sonda forni' preziose informazioni circa la sua atmosfera e l'origine di campi magnetici; in alcune sue immagini si possono osservare canali e detriti che fanno pensare alla presenza di acqua allo stato liquido in superficie in qualche epoca passata. La missione Mars Pathfinder era stata lanciata solo un mese piu' tardi rispetto alla Mars Global Surveyor ed aveva come scopo l'atterragio sul pianeta di un lander e l'eplorazione delle immediate vicinanze del luogo di atterraggio grazie ad un piccolo rover telecomandato. Fu un successo con diverse migliaia di immagini inviate a terra sia dal modulo di discesa sia dal rover, diverse analisi chimiche delle rocce e dati significativi dal punto di vista meteorologico; i dati raccolti confermarono la possibilita' che, in passato, sulla superficie di Marte potesse essere presente l'acqua allo stato liquido e che l'atmosfera fosse molto piu' densa. La sonda non ebbe pero' una vita molto lunga, interropendo le trasmissioni dopo meno di tre mesi, alla fine di settembre 1997.

Dopo una serie di ulteriori insuccessi da parte di diverse agenzie spaziali, nel 2001 fu la volta della missione americana Mars Odissey che prevedeva un solo orbiter con il compito di individuare e studiare eventuali fonti d'acqua (liquida o ghiacciata) e studiare la geologia marziana; i risultati davano nuovamente indicazioni della presenza di acqua nel sottosuolo marziano. La sonda alla data della stesura di queste note (2020) risultava ancora operativa, con un eccelente stato di servizio della durata finora di oltre 19 anni.
Negli anni seguenti, a partire dal 2003 con la missione Mars Express, diverse sonde automatiche si sono avventurate su Marte al fine di carpirne i segreti: i risultati delle ricerche stanno confermando l'ipotesi che il pianeta un tempo aveva un'atmosfera molto piu' densa e acqua allo stato liquido sulla sua superficie con grandi mari salati, un panorama insomma non molto dissimile da quello terrestre. Le cause di tale drammatica e totale trasformazione nel mondo che possiamo osservare oggi, cosi' freddo, arido e sterile non sono ancora chiare; e' chiaro comunque che grosse quantita' di acqua allo stato ghiacciato o forse anche liquido si trovano al di sotto della crosta planetaria, come e' stato anche confermato da recenti scoperte. Oltre alla gia' citata Mars Express dell'Agenzia Spaziale Europea e' stata la NASA a detenere il primato delle missioni prima con i rover Spirit e Opportunity atterrati su Marte nel 2004 e che hanno operato in maniera spettacolare il primo per sei anni ed il secondo addirittura per quattordici anni. Lo Spirit venne bloccato da un malfunzionamento di una delle ruote che lo costrinse in un terreno sabbioso dopo aver percorso complessivamente quasi otto chilometri sulla superficie di marziana: rimase un paio di mesi operando come stazione fissa finche' il 30 marzo 2010 non riusci' piu' a trasmettere. Opportunity invece percorse oltre 45 chilometri in oltre 5.100 giorni marziani, nel giugno del 2018 il rover rimase coinvolto in una gigantesca e spaventosa tempesta di sabbia che provoco' il blocco di tutte le attivita'; in seguito non fu piu' possibile ripristinare i contatti.

Rappresentazione artistica di uno dei rover gemelli del progetto Mars Exploration Rover, lo Spirit ed Opportunity (Immagine da Wikipedia).

Un "Diavolo di Sabbia" fotografato dal rover Opportunity nell'aprile del 2016. I Diavoli di Sabbia (in inglese dust devil) sono dei particolari fenomeni metereologici che avvengono nelle zone secche e desertiche e sono abbastanza comuni anche nei deserti terrestri; non sono legati a perturbazioni atmosferiche e sono completamente diversi dalle trombe d'aria o tornado. In primo piano le orme delle ruote di Opportunity impresse nel deserto sabbioso di Marte. (Immagine da Wikipedia)
In basso: foto panoramica in falsi colori della Marathon Valley ripresa dal rover Opportunity il 13 marzo 2015, corrispondente al 3.958 giorno marziano di permanenza del rover su Marte (SOL 3958). Opportunity fu mandato ad esplorare questa regione in base ai dati spettroscopici forniti dall'orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (vedi avanti) per i quali esistevano evidenze della presenza di materiali argillosi, indizio dell'antica presenza di acqua allo stato liquido. Durante l'esplorazione di questa regione Opportunity supero' come percorso totale dal suo arrivo su Marte la distanza totale di una maratona olimpica, equivalenti a 42,195 chilometri. Malgrado l'immagine sia in falsi colori la telecamera PanCam del rover ha ripreso questa immagine combinando quattro sequenze con tre filtri ognuna, giungendo ad approssimare dei veri colori. (foto NASA PIA19151, riportata da Wikipedia)

Lanciata nel 2005 la Mars Reconnaissance Orbiter o piu' brevemente MRO, era stata inizialmente progettata per una vita operativa di due anni, pero' il suo servizio e' stato esteso e alla data di stesura di queste note (2020) e' ancora operativa: i suoi scopi sono ora quelli di fornire assistenza ad altre missioni e garantire un canale di comunicazione a banda larga con la Terra. Dopo un viaggio di oltre sette mesi, MRO era stata immessa in un'orbita marziana che, dopo una lunga e complessa operazione denominata aerofrenata, ha permesso alla sonda di mantenersi stabilmente su un'orbita bassa, compresa tra i 250 e 316 km dalla superficie; essendo la sonda equipaggiata con alcuni strumenti molto sofisticati tra cui un vero e proprio telescopio riflettore del diametro di mezzo metro denominato High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE), l'orbita ad una quota media di 300 chilometri permette di ottenere immagini ad altissima risoluzione, pari a 0,3 metri. Grazie a questo strumento ed a diversi spettrometri e radar per esplorare anche il sottosuolo marziano, la MRO e' stata in grado di indicare agli scienziati dove condurre, tra l'altro, i rover Spirit ed Opportunity, oltre a fornire indicazioni e guide sui luoghi di atterraggio ed esplorazione delle sonde seguenti.

Rappresentazione artistica della sonda Mars Reconnaissance Orbiter in orbita intorno a Marte. (foto Wikipedia)

Gli strumenti a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter e le lunghezze d'onda su cui operano in questa rappresentazione artistica che esprime uno degli obiettivi primari della missione, ovvero quello di "seguire l'acqua". Gli strumenti scientifici della sonda monitorano l'attuale ciclo dell'acqua nell'atmosfera di Marte e la relativa deposizione e sublimazione di ghiaccio d'acqua sulla superficie, mentre sondano il sottosuolo per vedere quanto si estende in profondita' il serbatoio di ghiaccio d'acqua rilevato da Mars Odyssey; nello stesso tempo altri strumenti cercano quelle caratteristiche superficiali ed i minerali (come carbonati e solfati) che potrebbero aver registrato la presenza estesa di acqua allo stato liquido sulla superficie miliardi di anni fa. Gli strumenti coinvolti sono lo Shallow Subsurface Radar, il Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars, il Mars Color Imager, lo High Resolution Imaging Science Experiment, la Context Camera ed il Mars Climate Sounder. All'estrema sinistra si trova l'antenna radar che si dirige verso il basso e "vede" fino a 1 chilometro di profondita' nella crosta marziana. Subito a destra, il raggio successivo evidenzia i dati ricevuti dallo spettrometro di imaging, che identifica i minerali sulla superficie. Il raggio ancora successivo rappresenta la telecamera ad alta risoluzione, che puo' "ingrandire" gli obiettivi d'indagine, fornendo delle immagini orbitali ad altissima risoluzione di caratteristiche come crateri, canaloni e rocce. Il raggio tracciato quasi orizzontalmente e' quello del Mars Climate Sounder: questo strumento e' fondamentale per analizzare l'attuale clima di Marte poiche' osserva la temperatura, l'umidita' e il contenuto di polvere dell'atmosfera marziana e le loro variazioni stagionali, anno dopo anno. Nel frattempo, il Mars Color Imager osserva nuvole di ghiaccio, di polvere e foschie nonche' la distribuzione dell'ozono, producendo mappe globali giornaliere in piu' colori per monitorare il tempo quotidianamente ed i cambiamenti stagionali. Lo spettro elettromagnetico e' rappresentato in alto a destra ed i singoli strumenti sono posizionati cosi' come montati sulla sonda. (Immagine di NASA/JPL/Corby Waste, da Wikipedia)

Nel maggio del 2008 arriva su Marte un'altra sonda ancora della NASA, la Phoenix Mars Lander destinata ad analizzare la superficie marziana in prossimita' del polo nord del pianeta allo scopo di ricercare la presenza di acqua ed eventuali forme di vita microbiche. La sonda era dotata di un braccio robotico in grado di scavare nel terreno ghiacciato della regione polare e di depositare il materiale in un laboratorio chimico interno dove si svolti diversi esperimenti. Durante le fasi di scavo la telecamera ha registrato delle piccole particelle chiare sul fondo della piccola buca, questo materiale, delle dimensioni di pochi centimetri, e' scomparso dopo quattro giorni: i ricercatori pensano che si trattasse di ghiaccio d'acqua, sublimato direttamente in seguito alla sua esposizione diretta all'atmosfera. La Phoenix e' rimasta operativa fino alla fine di ottobre del 2008, tre mesi oltre il termine previsto inizialmente dalla NASA: con l'arrivo della stagione invernale nell'emisfero boreale del pianeta le temperature sono scese al di sotto delle possibilita' di resistenza della sonda ed i pannelli solari non hanno piu' potuto alimentarla adeguatamente; il 10 novembre 2008 la sonda e' stata data definitivamente come disattivata. Le analisi chimiche hanno rilevato un terreno moderatamente alcalino, con un PH compreso tra 8 e 9, con ioni di magnesio, sodio, potassio e cloruro; la salinita' e' nel complesso abbastanza esigua. In generale le indicazioni risultanti dalle analisi effettuate dalla Phoenix sembrano indicare buone possibilita' che la vita, almeno del tipo microbico, abbia potuto un tempo nascere e svilupparsi su Marte; se poi questa possa essere effettivamente sopravvissuta fino all'epoca attuale appare pero' abbastanza improbabile. Altre analisi non confermate davano poi presente in superficie del perclorato, sostanza nociva alla vita.

Rappresentazione artistica della Phoenix Mars Lander atterrata sulla superficie marziana e con il braccio robotico operativo che scava nel terreno. (Foto da Wikipedia)

Due immagini dello scavo effettuato dal braccio robotico riprese il 15 ed il 19 giugno 2008 (SOL 20 e SOL 24) che mostrano come il materiale chiaro sul fondo della buca sia scomparso, si presume che si trattasse di ghiaccio d'acqua sublimato una volta entrato in contatto con l'atmosfera riscaldata dal periodo estivo. (Foto da Wikipedia)

Nel decennio seguente (2010-2020) sono state effettuate ancora molte altre missioni dirette al pianeta rosso, con la NASA sempre in evidenza ma anche con altre agenzie spaziali e privati che si sono affacciate nella corsa all'esplorazione marziana. Nel 2012 e' la volta del rover Curiosity della NASA, noto in fase di progetto con il nome di Mars Science Laboratory (MSL), che inizio' la sua esplorazione di Marte il 6 agosto del 2012 atterrando all'interno del cratere Gale, del diametro di 154 chilometri e vecchio presumibilmente di 3,6 miliardi di anni. Dopo un viaggio di oltre otto mesi, la sonda ha iniziato a rallentare dalla velocita' interplanetaria di 19.000 chilometri orari fino a circa 2.500 chilometri orari grazie all'attrito con l'atmosfera marziana contro lo scudo termico che proteggeva la sonda; dopo di questo, ad una quota di circa sette chilometri lo scudo termico e' stato espluso ed e' stato aperto uno speciale paracadute che ha ulteriormente rallentato la discesa della sonda. Ad una quota di 1,8 chilometri e con una velocita' ora scesa a 100 metri al secondo, il rover e lo stadio di discesa si sono separati dall'involucro: lo stadio di discesa era una piattaforma dotata di otto razzi e posizionata sopra il rover, durante la fase finale della discesa quest'ultimo e' stato separato dalla piattaforma tramite un sistema chiamato Sky Crane, in sostanza un sistema di briglie che abbassanno il rover con un cavo che garantisce il collegamento elettrico tra i due componenti. La distanza tra i due elementi raggiunge i sette metri e mezzo e la piattaforma rallento' ulteriormente la discesa dell'intero complesso mentre il rover toccava terra dolcemente con le ruote gia' posizionate; subito dopo che il rover entro' in contatto con il suolo, la piattaforma rilascio' briglie e cavo e si allontano' con i razzi dalla zona di atterraggio.

Il video che celebra il felice atterragio di Curiosity su Marte, realizzato intercalando immagini reali riprese al centro di controllo del Jet Propulsion Laboratory della NASA in California in diretta ed animazioni che ricostruiscono gli avvenimenti che si erano svolti circa quattordici minuti prima su Marte; tale era infatti il gap temporale tra il pianeta rosso e la Terra, quei quattordici minuti era il tempo necessario perche' i segnali radio di Curiosity potessero raggiungere il nostro pianeta, viaggiando alla velocita' della luce e superando l'abisso dei 247 milioni di km che ci dividevano dalla sonda e da Marte. Non potendo quindi controllare la discesa del veicolo in tempo reale, tutto era affidato ai sistemi robotici ed all'ingegno dei progettisti che avevano creato un sistema in grado di decidere quasi autonomamente: il loro lavoro fu eccellente e Curiosity atterro' dolcente sul suolo marziano.
(da YouTube, video NASA)

Immediatamente dopo l'atterraggio il rover aveva cominciato la sua missione inviando a terra le prime immagini dell'ambiente marziano ed utilizzando i numerosi e sofisticati strumenti di cui e' in dotazione: tre telecamere di cui una utilizzata come microscopio per esaminare nel dettaglio rocce e suolo, in grado di raggiungere una risoluzione di 12,5 micron per pixel e dotata di led in luce bianca ed ultravioletta; altre due coppie di telecamere utilizzate dal rover per evitare gli ostacoli durante la guida automatica e per posizionare in sicurezza il braccio robotico, piu' un'altra coppia di telecamere in bianco e nero montate direttamente sul braccio robotico; un laser ad infrarossi in grado di vaporizzare piccoli porzioni di rocce ed una camera integrata che permette di esaminare i gas emessi al fine di ottenere uno spettrogramma ed analizzare quindi la composizione chimica delle rocce stesse; altri strumenti come spettrografi, rilevatori di neutroni e raggi X ed infine una serie di strumenti meteorologici utili per misurare la pressione atmosferica, velocita' dei venti, umidita', temperature ed altro ancora.

Il 26 marzo 2019, corrispondente al giorno 2.359 di permanenza di Curiosity su Marte (SOL 2359), la telecamera con teleobiettivo del rover, chiamata Mast Camera (MASTCAM), equipaggiata con un filtro solare riprese una serie di immagini del Sole su cui passa in transito il satellite Phobos; "l'eclissi" dura in totale 35 secondi ed e' qui riprodotta a sinistra accelerata di un fattore 10. Assemblata come una animated gif, si ripete ciclicamente. (Immagini da NASA/JPL-Caltech/MSSS).

Diagramma dei vari componenti, telecamere e componenti scientifici del rover Curiosity. (Immagine da Wikipedia, NASA/JPL)

Lungo tre metri Curiosity ha una massa di 900 chilogrammi di cui 80 dedicati all'apparecchiatura scientifica, puo' raggiungere una velocita' massima di 90 metri all'ora ma opera normalmente alla piu' prudente 30 metri all'ora, in funzione comunque dello stato del terreno, visibilita' e potenza disponibile. E' alimentato da un generatore termoelettrico a radioisotopi dove l'energia viene ricavata dal decadimento di isotopi radioattivi, un sistema molto simile a quello dei Viking degli anni settanta. Equipaggiato con due computer identici, uno operativo e l'altro di backup in grado di sostituire quello principale in caso di gravi anomalie, i cui processori sono dei RAD750 progettati per resistere a forti livelli di radiazioni; le comunicazioni sono assicurate da due antenne: una ad alto guadagno (HGA) in grado di comunicare direttamente con la Terra anche se ad una velocita' paragonabile alla meta' di quella dei vecchi modem analogici, un'altra ad alta frequenza, operante in UHF, che permette le comunicazioni con i satelliti in orbita intorno a Marte, in particolare con il Mars Reconnaissance Orbiter. Questa seconda modalita' permette una velocita' di trasmissione molto maggiore (tra i 125 ed i 250 kylobit per secondo) e delega il compito di inviare i dati alla Terra ai satelliti, che possono operare in bande di trasmissione piu' larghe.
Tra i risultati scientifici finora ottenuti da Curiosity ci sono le conferme che in passato Marte aveva acqua allo stato liquido sulla sua superficie, individuando anche un possibile sito di un antichissimo lago, ormai prosciugato. Le sue analisi chimiche del terreno hanno rilevato la presenza di acqua, zolfo e composti contenenti cloro; rivela altresi' azoto, che potrebbe far pensare che un tempo esistessero forme di vita batteriche. Gli antichi laghi devono essere stati presenti per diverse migliaia di anni sulla superficie di Marte, il che avrebbe potuto consentire alla vita di poter nascere sul pianeta rosso. La sonda ha rilevato anche la presenza di brina ed e' riuscita, per laprima volta, a fotografare anche una duna; altre sue analisi dimostrano come in passato sulla superficie del pianeta l'ossigeno fosse presente ed in quantita' considerevoli. Recentemente Curiosity e' anche riuscita a rilevare alcune molecole organiche complesse, aventi notevoli concentrazioni di carbonio, ossigeno ed idrogeno e la presenza nell'atmosfera di metano: questo gas potrebbe essere originato da reazioni chimiche, e' pero' possibile che possa derivare da processi biologici. Alla data attuale (fine 2020) la sonda e' ancora attiva ed esplora la superficie marziana.

Nel settembre 2014 entra in orbita intorno a Marte una nuova sonda spaziale inviata dalla NASA, il suo nome e' MAVEN acronimo per Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, destinata ad orbitare intorno al pianeta rosso ed a studiare la sua atmosfera, in particolar modo determinare lo stato attuale della parte superiore dell'atmosfera marziana, della sua ionosfera e dell'interazione con il vento solare. E' suo compito anche determinare il tasso di fuga di molecole ed ioni nello spazio, in sostanza capire come ed in che quantita' l'atmosfera di marziana si disperde nello spazio: questo studio puo' far capire meglio l'evoluzione complessiva dell'atmosfera del pianeta rosso ed aiutare a determinare la presenza di acqua nel passato. La missione e' ancora operativa (fine 2020).

Il settembre del 2014 vede anche un'altra sonda raggiungere Marte e questa volta da parte di una nuova agenzia spaziale che per la prima volta si affaccia sul panorama internazionale delle missioni interplanetarie: la ISRO, ovvero la Indian Space Research Organisation<, agenzia spaziale dell'India. In realta' questa organizzazione aveva gia' effettuato lanci di sonde verso la Luna, ora pero' si tratta di un esordio assoluto a livello interplanetario. Anche se la sonda, denominata informalmente Mangalyaan (in sanscrito "nave marziana"), contiene cinque strumenti per lo studio dell'atmosfera di Marte e della sua superficie, lo scopo principale della missione era quello di testare le capacita' organizzative per la pianificazione ed esecuzione di una missione interplanetaria, nonche' l'efficenza dei sistemi di lancio da parte dell'India. In ogni caso gli strumenti scientifici a bordo della sonda sono un fotometro per mappare l'abbondanza di deuterio ed idrogeno e poter quindi dedurre la quantita' di acqua che l'atmosfera perderebbe nello spazio e un altro strumento atto a rilevare il metano ed a individuarne eventualmente le fonti sulla superficie; altri strumenti sono camere di ripresa a colori e spettrometri per la mappatura della superficie ed analisi mineralogiche. La sonda alla fine del 2020 risultava ancora operativa.

La collaborazione tra l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l'Agenzia Spaziale Russa (ROSCOSMOS) ha dato vita nel 2016 alla missione ExoMars, progettata per essere eseguita in due fasi distinte, una proprio nel 2016 con l'invio di una prima sonda composta da un modulo orbitale (orbiter) ed un modulo di discesa (lander) e la seconda, inizialmente programmata per il 2018 ma poi slittata nel 2020 ed ancora nel 2022 anche per via della pandemia globale di Covid-19, che si concretizzera' con l'invio di un rover sul suolo marziano.
Il modulo orbitale era destinato all'analisi e tracciamento dei gas nell'atmosfera di Marte, in particolar modo il metano come indicatore della presenza di eventuali microrganismi che potrebbero averlo prodotto sia in passato sia attualmente: e' ancora operativo (fine 2020) ed e' dotato anche di una telecamera a colori in grado di ottenere una risoluzione di 4,5 metri per pixel per ottenere mappe dettagliate della superficie, utilizzata specialmente per aiutare nella scelta dei luoghi di atterraggio per i lander ed i rover, e un rilevatore di neutroni, per mappare ed analizzare l'idrogeno in superficie e quindi indidividuare eventuali depositi di acqua fino ad un metro di profondita'. Il lander, intitolato all'astronomo italiano Giovanni Virginio Schiaparelli, era dotato di una stazione meteorologica completa, con un rilevatore di campi elettrici ed una fotocamera: purtroppo esso e' andato distrutto durante la fase di atterraggio il 19 ottobre 2016, schiantandosi sul suolo marziano.
Nel 2022 la missione verra' completata con l'invio sul pianeta rosso di un rover costruito dall'ESA e dedicato alla biochimica inglese Rosalind Franklin, trasportato da un lander di fabbricazione russa che operera' in maniera sia indipendente sia in coppia con il rover dopo l'atterraggio. Uno degli strumenti che il rover avra' in dotazione sara' un trapano in grado di prelevare campioni di terreno fino ad una profondita' di due metri: il materiale sara' analizzato all'interno del rover stesso grazie ad un laboratorio biochimico denominato Pasteur equipaggiato con uno spettrometro ad infrarossi ed un analizzatore di molecole organiche. Altri strumenti saranno una doppia camera stereo (PanCam) per l'esplorazione del terreno e per la navigazione, un georadar per analizzare le stratificazioni del terreno marziano fino ad una profondita' di tre metri, un'altra camera da utilizzare per immagini molto ravvicinate e degli spettrometri, uno ad infrarossi ed uno a neutroni.

Ancora per il 2016 era stato previsto il lancio di un'altra sonda della NASA, InSight, rinviata pero' al 2018 per problemi riscontrati in uno degli strumenti essenziali per la missione, il sismometro. In effetti il nome InSight e' l'acronimo per Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport e l'obiettivo della ricerca e' quello di studiare la struttura interna di Marte tramite un semsibilissimo sismografo e di un sensore termico che doveva essere collocato a cinque metri di profondita' grazie ad uno speciale perforatore montato su un braccio estensibile. Altri strumenti sono una stazione meteorologica, fotocamere e dei sistemi di comunicazione, utilizzati anche per alcune misurazioni sulla rotazione del pianeta e sulla sua struttura. Atterrata nella regione di Elysium Planitia il 26 novembre 2018, la sonda ha iniziato quasi subito la sua attivita' di analisi e ricerche; nel mese di dicembre era stato gia' posizionato ed attivato il sismometro mentre il posizionamento del sensore della temperatura ha subito dei ritardi per alcune difficolta' nella perforazione del suolo. Il sismometro aveva rilevato il primo terremoto marziano ad aprile 2019 ed in poco piu' di un anno ne ha registrati almeno 480 con una frequenza variabile: per un certo periodo tutti i giorni, da giugno 2020 il numero di eventi si e' ridotto ed a settembre 2020 sono stati registrati solo cinque terremoti. Tutti gli eventi sismici sono comunque sempre stati di magnitudo inferiore a 4 e tutti hanno avuto origine molto in profondita', mancano quindi completamente le onde superficiali; non e' ancora certo se questa caratteristica e' una condizione normale dei fenomeni sismici su Marte o se si tratta di un fenomeno momentaneo. La missione a fine 2020 e' ancora attiva, purtroppo i problemi con il perforatore, registrati fin dall'inizio della missione, sono stati confermati e la sonda non e' riuscita a centrare tutti gli obiettivi della missione.
Come curiosita' a bordo di InSight sono presenti due microchip che riportano i nomi delle 2,4 milioni di persone che avevano aderito all'iniziativa di portare il proprio nome su Marte e che avevano ricevuto una simbolica "carta d'imbarco" per il pianeta rosso.

Nel 2020, anno in cui vengono redatte queste note, sono state avviate delle nuove missioni dirette al pianeta rosso da parte di diverse agenzie spaziali di diversi paesi, alcune che per la prima volta si impegnano in missioni di questa rilevanza e complessita'. Anche se con modalita' diverse, tutte queste missioni condividono l'obiettivo di aumentare le nostre conoscenze a proposito di Marte e, in un certo qual modo, di preparare il campo alle prime missioni umane.
Iniziata con successo il 30 luglio 2020, la missione Mars 2020 arrivata su Marte nel febbraio 2021 e' costituita da un rover, chiamato Perseverance e da un piccolo elicottero denominato Mars Helicopter Scout (MHS) che e' il primo aeroveicolo a volare nell'atmosfera di un altro pianeta ma che non avra' alcuna strumentazione a bordo se non un paio di telecamere per la navigazione, essendo stato concepito a titolo puramente dimostrativo. La strumentazione di Perseverance sara' invece molto ricca ed evoluta: telecamere panoramiche e stereoscopiche con elevate capacita' di zoom, adatte non solo a documentare le stratigrafie negli affioramenti delle rocce e la tipologia delle stesse ma anche a riprendere le nubi, i fenomeni dei diavoli di sabbia ed anche fenomeni astronomici. In grado di realizzare immagini stereo ed anche filmati, assisteranno il rover anche negli spostamenti. E' poi presente un sistema di analisi chimica che rappresenta l'evoluzione del sistema a laser e spettrografi di Curiosity, costituito anch'esso da un laser ad infrarossi in grado di vaporizzare piccole porzioni di roccia ad una distanza di sette metri e di esaminarne i vapori attraverso una telecamera che utilizza la micro-imaging per ottenere uno spettrogramma dettagliato; l'intero sistema, montato sulla "testa" del rover, contiene anche un piccolo microfono che sara' utilizzato per registrare i suoni durante la vaporizzazione dei materiali ed anche durante la marcia del rover. Abbiamo anche uno spettrografo con telecamera annessa montata sull'estremita' del braccio robotico, che sara' impegnato nella raccolta di materiali, e da cui si potranno ottenere analisi ravvicinate del suolo marziano; un altro strumento montato sul braccio robotico e' SHERLOC, acronimo per Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals, e' uno spettrometro ad ultravioletti che verra' utilizzato per trovare tracce di composti organiche e minerali in ambienti con acqua e, magari, contaminati anche da forme di vita microbiche. Il MOXIE

(Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) e' invece un esperimento che si propone come obiettivo l'estrazione di ossigeno dall'atmosfera marziana composta quasi esclusivamente di anidride carbonica: l'apparecchiatura e' abbastanza complessa in quanto prevede sia un sistema di aspirazione e compressione di una piccola quantita' di atmosfera marziana, sia un riscaldatore fino ad una temperatura di 800 °C e un sistema elettrolitico; il MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) e' un altro set di strumenti, questi dedicati all'analisi meteorologiche e dell'atmosfera marziana, con la possibilita' di esaminare forma e caratteristiche del pulviscolo in sospensione. Infine abbiamo RIMFAX (The Radar Imager for Mars subsurFAce eXploration) un radar che permettera' di analizzare il suolo marziano come se si facesse un'ecografia e che potra' mappare la presenza di sabbia, rocce, ghiaccio oppure acqua allo stato liquido fino ad una profondita' di dieci metri. Il carico utile dela sonda e' completato dal gia' citato Mars Helicopter Scout che, come detto, non portera' con se' alcuno strumento ma solo le telecamere necessarie per la sua navigazione e per riprendere la superficie sottostante; sara' il primo velivolo nella storia a volare nell'atmosfera di un altro pianeta. Complessivamente gli obiettivi della missione sono quelli di determinare la presenza, attualmente o nel passato, della vita sul pianeta rosso, anche in forma di microbi; capire poi come si e' evoluta l'atmosfera marziana nel tempo e come sono variate le sue condizioni climatiche. Ottenere un profilo geologico piu' completo possibile del pianeta, cercando di capire quali sono stati i fenomeni che hanno creato e modificato la superficie nel tempo. Infine, effettuare i primi test preparativi per la futura esplorazione umana, monitorando anche le condizioni ambientali al fine di fornire piu' informazioni possibili per proteggere gli astronauti in un ambiente cosi' ostile.

Una settimana prima del lancio di Perseverance da parte della NASA, anche i cinesi avevano dato il via alla loro seconda missione verso Marte con la sonda Tianwen-1, dopo la sfortuna sorte che ebbe la prima missione con la sonda Yinghuo-1 nel novembre del 2011. Anche la missione cinese dovrebbe arrivare a destinazione nel febbraio 2021 ed e' composta da un modulo orbitale e da un rover per l'esplorazione e ricerche sulla superficie; il luogo di destinazione e' lo stesso della sonda americana Viking 2, ovvero la distesa di Utopia Planitia.
Sempre nel mese di luglio 2020 ma il giorno 19 e' invece iniziata la prima missione interplanetaria degli Emirati Arabi Uniti con la sonda denominata ufficialmente Emirates Mars Mission ma comunemente nota come Mars Hope; si tratta di un modulo orbitale concepito per lo studio dell'atmosfera marziana ed equipaggiato con tre strumenti: una fotocamera ad alta risoluzione, uno spettrometro ad infrarossi ed uno ad ultravioletti.

Nel prossimo futuro sono previste altre missioni con sonde automatiche, tra di queste la seconda parte di ExoMars che prendera' il via nel 2022, una nuova missione a basso costo della NASA ed una seconda missione dell'India. Tuttavia in questi ultimi tempi l'attenzione mondiale si e' rivolta verso il possibile avvio di missioni con equipaggio entro la fine del decennio appena iniziato: sia la NASA che l'ESA hanno dei programmi del genere anche se con tempistiche e modalita' differenti, pero' anche l'agenzia spaziale cinese e quella russa non nascondono le proprie velleita' a proposito di una spedizione umana su Marte in tempi ragionevoli. Piu' di tutti pero' e' stata la societa' privata americana Space X con il suo fondatore e CEO Elon Musk che ha attirato su di se' l'attenzione mediatica mondiale con i suoi dichiarati intenti di inviare degli esseri umani su Marte e fondare li' la prima colonia.
Grazie agli accordi scientifici e commerciali con la NASA, il Dipartimento della Difesa americano e numerose altre compagnie private, Space X si e' rapidamente imposto come punto di riferimento di eccellenza nel panorama delle aziende aerospaziali; i numerosi lanci effettuati con diversi vettori di propria costruzione, l'ideazione della capsula Dragon per garantire l'invio di rifornimenti ed equipaggi alla Stazione Spaziale Internazionale, utilizzata con successo fin dal 2012 come cargo e nel 2020 per il trasporto di astronauti, la costruzione del razzo riutilizzabile Falcon 9, primo ad effettuare un atterraggio dopo il lancio nel 2015, e il lancio della costellazione di satelliti Starlink, destinati a fornire connessione internet a livello globale hanno reso Space X la piu' grande compagnia privata nel settore aerospaziale e satellitare. Tra i programmi futuri della societa' e' presente anche l'Interplanetary Transport System, presentato da Elon Musk nel 2016 ed ora chiamato Starship, che prevede un veicolo spaziale completamente riutilizzabile che verra' impiegato per i viaggi su Marte e per l'esplorazione del sistema solare interno.

La capsula Dragon della Space X attraccata alla Stazione Spaziale Internazionale durante la missione del 2012.

Intepretazione artistica della Starship mentre accende tutti i suoi motori in prossimita' dell'orbita lunare.

Interpretazione artistica di un possibile avanposto umano su Marte. Negli anni novanta il costo di una missione con equipaggio verso il pianeta rosso era stato stimato dall'ingegnere Robert Zubrin dell'associazione no profit Mars Society in circa 50 miliardi di dollari e prevede un volo diretto, della durata di sei mesi, dalla Terra a Marte; la permanenza sul pianeta dovrebbe essere di diciotto mesi, in attesa dell'apertura della finestra utile per il rientro dell'equipaggio sul nostro pianeta. Puo' sembrare una cifra molto alta, bisogna pero' precisare che negli anni ottanta un preventivo per una missione analoga, che prevedeva pero' anche la creazione di una base lunare che avrebbe dovuto fungere da punto di rifornimento e scalo per l'astronave diretta verso Marte, aveva raggiunto la ragguardevole cifra di 500 miliardi di dollari, dieci volte maggiore. I progetti di Space X potrebbero portare ulteriori consistenti risparmi nei costi totali, con delle missioni preparatorie che potrebbero portare alcuni moduli sulla superficie marziana gia' dal 2024: questi moduli dovrebbero produrre le risorse necessarie per la sopravvivenza degli equipaggi che arriverebbero su Marte negli anni seguenti. La NASA ha come obiettivo una missione umana per il 2028, mentre l'Agenzia Spaziale Europea ha messo in calendario delle possibili missioni tra il 2030 e il 2034.

Le nostre conoscenze attuali

Le conoscenze che abbiamo accumulato sul pianeta Marte in questi ultimi decenni sono state sicuramente maggiori di quelle ottenute in secoli di osservazioni telescopiche condotte da Terra. Non solo le missioni spaziali hanno dischiuso un panorama del tutto nuovo del pianeta rosso ma hanno anche permesso di affinare tecnologie e metodologie operative che permetteranno, in un prossimo futuro, lo sbarco di esseri umani sul nostro vicino planetario.
Le domande che si sono sempre poste gli scienziati sono diverse e sono anche cambiate con il tempo: se all'inizio del ventesimo secolo ci si chiedeva che aspetto avessero gli abitanti di Marte, oggi ci chiediamo invece se la vita e' mai esistita in quell'arido, freddo e desolato deserto che le sonde ed i rover ci hanno mostrato. Abbiamo la quasi certezza della presenza di acqua nel sottosuolo del pianeta, sia immagazzinato come permafrost sia come vaste sacche di ghiaccio e forse anche in forma liquida nelle profondita' del suolo marziano; siamo sicuri della presenza di stagioni che somigliano straordinariamente a quelle terrestri, anche se di lunghezza doppia rispetto a quelle del nostro pianeta, con calotte polari formate da ghiaccio di anidride carbonica che evaporano nella tenue atmosfera marziana con l'avanzare della primavera ed un sistema di circolazione atmosferica, collegato ai cambianti stagionali, che innesca dei venti anche fortissimi, con velocita' di parecchie centinaia di metri all'ora e che trascina fini particelle di polvere fino a creare colossali tempeste di sabbia che possono oscurare anche un intero emisfero e che effettuano un'azione erosiva molto profonda alla superficie. Ma i segni del'erosione sulla superficie del pianeta non sono solo dovuti all'azione della sabbia trasportata dai venti: abbiamo anche indizi di azioni causate dall'acqua che scorreva libera sulla superficie tantissimo tempo fa; abbiamo infatti osservato evidenze che in un passato remoto Marte ospito' dei fiumi, laghi e perfino un grande oceano e che questo perduro' probabilmente almeno per un miliardo di anni; un tempo piu' che sufficiente affiche' si sviluppasse la vita cosi' come accadde nella Terra primordiale.

Visione d'insieme della Valles Marineris su Marte, enorme sistema di valli e fratture nella crosta di Marte di probabile origine tettonica. Questa immagine e' il mosaico di 102 foto riprese dal modulo orbitale della sonda Viking 1 nel febbraio 1980 ad una quota di 2.500 km. La Valles Marineris ha un'estensione complessiva di 4.000 km, raggiunge una profondita' tra gli 8 e gli 11 km e una larghezza massima di 700 km; arriva a coprire quasi un quarto della circonferenza del pianeta ed e' la piu' grande struttura nota di questo tipo in tutto il sistema solare.

Ci sono anche prove tangibili di una notevole attivita' vulcanica e tettonica, anche questa simile a quella terrestre, con la presenza di vulcani praticamente identici a quelli "a scudo" delle Hawaii sulla Terra e di fratture nella superficie simili in tutto e per tutto a quelle che possiamo trovare sul nostro pianeta e derivanti dallo spostamento delle zolle continentali: le tracce di correnti laviche sono abbastanza evidenti cosi' come quelle lasciate dall'azione dell'acqua. Allo stato attuale l'attivita' tettonica e' completamente cessata ed anche i vulcani risultano apparentemente inattivi, anche se alcuni rilievi effettuati dalle sonde orbitali sembrano mostrare segni di attivita' geologicamente abbastanza recenti, risalenti a circa due milioni di anni fa. Sono tuttavia presenti anche una notevole quantita' di crateri da impatto dovuti al bombardamento meteoritico che ha contraddistinto le prime fasi della storia del Sistema Solare e che ha interessato anche la Terra: circa 43.000 crateri di una certa importanza sono stati finora individuati sulla superficie del pianeta rosso, la maggior parte nell'emisfero meridionale che si contraddistingue dall'emisfero boreale in cui sono predominanti grandi pianure laviche; le zone di antica attivita' con i grandi vulcani e la colossale cicatrice della Valles Marineris si trovano praticamente tutte nella zona equatoriale.
Nel 2008 il Mars Reconnaissance Orbiter ha ripreso una grande frana composta probabilmente da ghiaccio frantumato, polveri e rocce che si e' distaccata da una sorta di "scogliera" alta 700 metri; sono state anche osservate delle nuvole di polvere che si sono alzate al di sopra del materiale franato.
La struttura interna del pianeta dovrebbe essere costituita da un nucleo di ferro, nickel ed una percentuale di zolfo e si trova in un stato solido benche' viscoso, a differenza del nucleo ferroso della Terra che si trova in uno stato liquido, il suo diametro dovrebbe essere di circa 3.600 km ed e' piuttosto rilevante in quanto si deve considerare che il diametro di Marte e' di soli 6.800 km circa. La prima conseguenza di un nucleo allo stato solido e' che il pianeta non ha un campo magnetico apprezzabile, quindi manca una magnetosfera in grado di proteggere la superficie dal letale flusso di radiazioni che provengono principalmente dal Sole, anche se questa situazione svantaggiosa e' compensata dalla maggiore distanza dalla nostra stella, il che mitiga un poco gli effetti sulla superficie. Altra conseguenza e' che manca quasi completamente l'attivita' geologica di una certa importanza: non abbiamo tettonica a zolle su Marte come sulla Terra ed anche i terremoti sono quasi sempre di lieve entita' e limitati nelle zone piu' profonde del pianeta. Intorno al nucleo troviamo un mantello composto principalmente da silicati e molto piu' denso di quello terrestre: e' in questa regione che hanno origine i fenomeni sismici marziani. La crosta, infine, e' ricca di basalto anche se si trovano alcune zone in cui predomina il silicio, il suo spessore varia dai 50 ai 125 km; la superficie e' quasi interamente ricoperta da ossidi ferrosi, che forniscono al pianeta il caratteristico colore rossiccio e potrebbero costituire una grave ostacolo alle presenza di vita per via delle sue caratteristiche ossidanti. Alcuni studi sembrano aver dimostrato che la situazione geologica di Marte non e' stata sempre quella che attualmente vediamo: fino a circa 4 miliardi di anni fa esisteva una magnetosfera e quindi il nucleo era forse in uno stato fluido ed esisteva anche un sorta di attivita' tettonica, come sembrerebbe dimostrare la presenza della Valles Marineris.

Il complesso dei grandi vulcani della regione marziana di Tharsis, con l'Olympus Mons che e' il piu' grande vulcano e montagna di tutto il sistema solare, alto 27 km dalla sua base che ha un diametro di almeno 610 km. La sua eta' e' stimata essere intorno ai 200 milioni di anni e le colate laviche piu' recenti sembrano risalire ad appena due milioni di anni fa, un'epoca geologicamente parlando molto recente. Nella regione sono presenti anche alri imponenti edifici vulcanici che appaiono piccoli solo se confrontati con il gigantesco Olympus Mons: Arsia Mons, Pavonis Mons e Ascraeus Mons; i dati raccolti dalle sonde spaziali sembrano suggerire che queste strutture si siano create una dopo l'altra ed una per volta, iniziando con Arsia Mons, forse generati da una singola intrusione di materiale magmatico all'interno del mantello marziano. Queste strutture risultano strordinariamente simili a quelle rintracciabili sul nostro pianeta, in particolare nelle Hawaii, e vengono chiamati "vulcani a scudo" dove la lava e' fuoriuscita dal camino vulcanico e si e' accumulata lentamente sui bordi durante i passati lunghi periodi di attivita'. La mancanza di attivita' tettonica, al contrario di quello che avviene sulla Terra, ha mantenuto pero' la sorgente di magma nello stesso punto contribuendo a causare la creazione di strutture cosi' grandi come l'Olympus Mons, insieme alla minore gravita' che rende la lava un fluido con peso paragonabile a quello dell'acqua sulla Terra.