Spiegato: perché Marte è così interessante per gli scienziati e per l'avventuriero che vive in tutti noi?

Il Perseverance Rover Mars 2020 della NASA è atterrato sulla superficie marziana nelle prime ore di venerdì. I risultati degli esperimenti di Perseverance definiranno probabilmente i prossimi due decenni di esplorazione di Marte. Uno scienziato della NASA spiega perché e come.

La perseveranza è il laboratorio mobile più avanzato, più costoso e più sofisticato inviato su Marte. (Foto: Twitter/ @@NASAPersevere)

La perseveranza non è solo un'altra missione Rover. La perseveranza è il laboratorio mobile più avanzato, più costoso e più sofisticato inviato su Marte. I risultati degli esperimenti su Perseverance definiranno probabilmente i prossimi due decenni di esplorazione di Marte: determineranno il corso della ricerca della vita e una futura missione con equipaggio su Marte.

La scienza di Marte negli ultimi 30 anni

Abbiamo fatto molta strada nella comprensione di Marte dai tempi delle missioni di prima generazione negli anni '60. Le missioni Viking a metà degli anni settanta effettuarono la prima analisi chimica del suolo marziano, oltre a quattro esperimenti di biologia per rilevare l'attività biologica. Gli esperimenti non hanno prodotto alcuna prova conclusiva della vita.

All'inizio degli anni '80, gli scienziati hanno ipotizzato, sulla base della composizione mineralogica e della struttura della roccia, che alcuni meteoriti potessero avere una regione di origine su Marte, in contrasto con la cintura di asteroidi. Nel 1984, uno studio ha dimostrato che la composizione isotopica dei gas rari (Xenon, Krypton, Neon e Argon) corrispondeva ai rapporti isotopici dell'atmosfera marziana misurati dalla navicella spaziale Viking. Questa scoperta ha fornito ai geochimici un modo per studiare i campioni marziani e ha fornito un enorme impulso alla nostra comprensione dell'evoluzione geochimica di Marte.

Marte era considerato un pianeta arido nel XX secolo. La situazione è cambiata nel 2001, quando lo spettrometro a raggi gamma a bordo della navicella spaziale Mars Odyssey ha rilevato un'affascinante traccia di idrogeno che sembrava indicare la presenza di ghiaccio d'acqua. Ma c'era ambiguità: questo perché l'idrogeno può far parte anche di molti altri composti, inclusi i composti organici.

Per verificare la presenza di acqua, la NASA ha inviato una navicella spaziale ad atterrare vicino al Polo Sud di Marte nel 2007. La navicella spaziale ha studiato il terreno attorno al lander con il suo braccio robotico ed è stata in grado di stabilire, senza alcuna ambiguità, la presenza di acqua su Marte per la prima volta.

La prima immagine inviata dal rover Perseverance che mostra la superficie di Marte, subito dopo l'atterraggio nel cratere Jezero, giovedì 18 febbraio 2021. (NASA via AP)

Il rover Curiosity trasporta uno strumento chiamato SAM (o Sample Analysis at Mars), che contiene una suite di spettrometri con l'obiettivo di rilevare composti organici su Marte. SAM ha uno spettrometro di massa in grado di misurare non solo gli elementi, ma anche gli isotopi. Questo strumento ha fatto l'affascinante scoperta di composti organici a catena larga su Marte. Non si sa come si formino queste sostanze organiche su Marte: il processo sarebbe probabilmente inanimato, ma esiste un'affascinante possibilità che molecole così complesse siano state formate da processi associati alla vita.

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Mars Insight sta creando la storia in questo momento, monitorando l'attività sismica e il flusso di calore su Marte: questo aiuterà a capire la composizione dell'interno di Marte.

Il dottor Amitabha Ghosh è uno scienziato planetario della NASA con sede a Washington DC. Ha lavorato per diverse missioni della NASA su Marte a partire dalla missione Mars Pathfinder nel 1997. È stato presidente del gruppo di lavoro per le operazioni scientifiche per la missione Mars Exploration Rover e per più di 10 anni è stato incaricato di guidare le operazioni tattiche dei rover su Marte. Ha aiutato ad analizzare la prima roccia su Marte, che per inciso è stata la prima roccia analizzata da un altro pianeta.

Il fascino duraturo di Marte

Perché Marte è così interessante per gli scienziati? E all'esploratore-avventuriero che c'è in ognuno di noi? Ci sono due ragioni principali.

Innanzitutto, Marte è un pianeta in cui la vita potrebbe essersi evoluta in passato. La vita si è evoluta sulla Terra 3,8 miliardi di anni fa. Le condizioni su Marte primordiale, circa 4 miliardi di anni fa, erano molto simili a quelle della Terra. Aveva un'atmosfera densa, che consentiva la stabilità dell'acqua sulla superficie di Marte. Se davvero le condizioni su Marte fossero simili a quelle sulla Terra, c'è una reale possibilità che la vita microscopica si sia evoluta su Marte.

In secondo luogo, Marte è l'unico pianeta che gli umani possono visitare o abitare a lungo termine. Venere e Mercurio hanno temperature estreme: la temperatura media è superiore a 400 gradi C, o più calda di un forno di cottura. Tutti i pianeti del sistema solare esterno a partire da Giove sono fatti di gas, non silicati o rocce, e sono molto freddi. Marte è relativamente ospitale in termini di temperatura, con un intervallo approssimativo tra 20 gradi C all'Equatore e meno 125 gradi C ai poli.

La missione di Perseverance su Marte

La perseveranza affronta entrambi i temi critici intorno a Marte: la ricerca della vita e una missione umana su quel pianeta.

Esempio di missione di ritorno: c'è vita su Marte?

La perseveranza è il primo passo in un progetto a più fasi per riportare campioni da Marte. Si spera che lo studio dei campioni di roccia restituiti in sofisticati laboratori in tutto il mondo fornisca una risposta decisiva sull'esistenza della vita su Marte in passato.

Ecco i passaggi per la restituzione del campione:

Come primo passo, Perseverance raccoglierà campioni di roccia e terreno in 43 tubi delle dimensioni di un sigaro. I campioni saranno raccolti, i contenitori saranno sigillati e lasciati a terra.

Il secondo passo è che un Mars Fetch Rover (fornito dall'Agenzia spaziale europea) atterri, guidi e raccolga tutti i campioni dalle diverse località e ritorni al lander.

Il Fetch Rover trasferirà quindi i contenitori al veicolo di salita. Il Mars Ascent Vehicle incontrerà un Orbiter, dopodiché l'Orbiter riporterà i campioni sulla Terra.

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Questo progetto a lungo termine si chiama MSR o Mars Sample Return. MSR rivoluzionerà la nostra comprensione della storia evolutiva di Marte. Se MSR viene eseguito con successo, avremo una risposta ragionevole se ci fosse vita microscopica su Marte.

Ma MSR ha i suoi rischi. Se uno dei componenti si guasta, come il Fetch Rover o il Mars Ascent Vehicle, MSR è condannato. Un rischio nascosto è strategico. Al costo di MSR, potrebbero esserci 5-10 missioni di veicoli spaziali in diverse parti del sistema solare: quindi, scegliendo MSR, la NASA preclude l'opzione di intraprendere quelle altre missioni.

Produrre ossigeno su Marte: un requisito fondamentale

Perché una missione umana su Marte si concretizzi, il costo deve essere ragionevole. Affinché i costi siano ragionevoli, è necessario disporre di una tecnologia e di un'infrastruttura per produrre ossigeno su Marte utilizzando materie prime disponibili su Marte.

Senza un modo robusto per produrre ossigeno su Marte, le missioni umane su Marte saranno molto costose e irrealistiche. Senza un piano di produzione di ossigeno affidabile su Marte, il piano di Elon Musk per fornire il trasporto commerciale su Marte sarà a rischio di fallimento.

Perseverance avrà uno strumento – MOXIE, o Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment – ​​che utilizzerà 300 watt di potenza per produrre circa 10 grammi di ossigeno utilizzando l'anidride carbonica atmosferica.

Se questo esperimento avrà successo, MOXIE può essere aumentato di un fattore 100 per fornire i due bisogni molto critici degli esseri umani: ossigeno per respirare e carburante per missili per il viaggio di ritorno sulla Terra.

Alla ricerca di acqua sotterranea su Marte

Perseverance porterà il Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment (RIMFAX). RIMFAX fornirà una mappatura ad alta risoluzione della struttura del sottosuolo nel sito di atterraggio. Lo strumento cercherà anche l'acqua sotterranea su Marte – che, se trovata, aiuterà notevolmente il caso di una missione umana o la causa di un insediamento umano su Marte.

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Testare un elicottero per volare su Marte

Il Mars Helicopter è davvero un piccolo drone. Si tratta di un esperimento dimostrativo tecnologico: verificare se l'elicottero può volare nella scarsa atmosfera di Marte.

La bassa densità dell'atmosfera marziana rende molto basse le probabilità di far volare un elicottero o un aereo su Marte. Il trasporto a lunga distanza su Marte deve fare affidamento su veicoli che si affidano a motori a razzo per l'ascesa e la discesa a motore.

Siamo forse a un decennio da due pietre miliari nell'esplorazione di Marte: una missione umana su Marte e una risposta decisiva alla domanda se Marte ospitasse - o ospita ancora - vita microscopica. La perseveranza dovrebbe fornire informazioni significative su entrambe le domande.

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