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LA MISSIONE MARS EXPRESS
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1 MARTE, IL PIANETA ROSSO
Ogni ventisei mesi Terra e Marte si trovano nella posizione più
opportuna per lanciare satelliti per l’esplorazione del Pianeta Rosso
che da molti anni ormai è sotto stretta osservazione. Il motivo
principale è che Marte è l’unico pianeta del Sistema Solare dove sia
ragionevole pensare che possano esserci, o esserci state in passato,
forme di vita simili alla nostra. Ed è anche l’unico per il quale al
momento si prevede una futura visita e un’eventuale colonizzazione da
parte dell’uomo.
Fu l’italiano Giovanni Schiaparelli nella seconda metà dell’Ottocento a
effettuare la prima osservazione sistematica della superficie di Marte
che portò tra l’altro, suo malgrado, alla nascita della leggenda dei
marziani, causata da un’incomprensione sul termine “canali” da lui usata
per indicare alcune particolari conformazioni che aveva osservato. E’
passato più di un secolo e ora i satelliti Mars Global Surveyor e Mars
Odissey della Nasa ci danno una nuova visione del pianeta permettendoci
di dimostrare la presenza di ghiaccio d’acqua nel sottosuolo oltre che
ai poli e di ipotizzare l’esistenza sul pianeta di acqua allo stato
liquido, nel passato e forse ancora oggi.
Dopo alcune sonde russe e americane che hanno sfiorato Marte negli anni
Sessanta, i primi satelliti ad entrare in orbita intorno al pianeta sono
stati il Mars 3 e il Mariner 9 alla fine del 1971. In trent’anni molte
missioni hanno acquisito e inviato a Terra immagini e dati, anche dalla
superficie marziana, permettendo di aumentare sempre più le conoscenze
sul pianeta. Non poche hanno fallito l’obiettivo per motivi diversi,
contribuendo comunque al successo delle successive.
Molte sono le domande che le osservazioni sempre più dettagliate hanno
generato, dalla presenza dell’acqua al ruolo dei fenomeni vulcanici e
tettonici, dall’evoluzione del campo magnetico alle caratteristiche
dell’atmosfera, alla possibile esistenza di forme di vita, presenti o
passate. Nei prossimi anni la sfida per la risoluzione degli ultimi
misteri di Marte si farà sempre più internazionale, prevedendo l’impegno
coordinato di tutte le maggiori agenzie spaziali, compresa quella
italiana.
2 MARS EXPRESS: L’EUROPA SU MARTE PER LA PRIMA VOLTA
L’Agenzia Spaziale Europea si affianca finalmente a quella americana
nello studio del pianeta più simile alla Terra. La sonda Mars Express
(lancio a giugno 2003 dalla base di Baikonur in Kazakistan) ha tutte le
caratteristiche per fornire nuovi dati sull’atmosfera e la superficie di
Marte, complementari a quelli delle missioni della Nasa. Scienziati e
industrie italiane partecipano a pieno titolo a questa impresa.
Il satellite (arrivo a Marte nel dicembre 2003) ha a bordo sette
strumenti di osservazione, alcuni dei quali progettati e realizzati per
la sfortunata missione russa Mars '96, e un piccolo lander, Beagle 2,
che scenderà sulla superficie del pianeta per effettuare misure in situ.
L’orbiter, oltre agli strumenti scientifici, ospita un sistema di
telecomunicazione che servirà a tenere i contatti con le diverse sonde
che nei prossimi anni raggiungeranno la superficie del pianeta. Mars
Express è la prima delle flexible mission dell’ESA, progetti che
prevedono la realizzazione e il lancio dei satelliti in tempi brevi e a
bassi costi, attraverso un nuovo metodo di gestione e finanziamento del
programma.
L’obiettivo scientifico della missione è studiare l’atmosfera, la
geologia e la struttura del pianeta, con particolare attenzione alla
ricerca di acqua nascosta sotto la superficie. Proprio in questa
indagine è cruciale il ruolo italiano: il radar MARSIS (Mars Advanced
Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), che eseguirà una mappa
della distribuzione dell’acqua, sia solida sia liquida, nella parte
superiore della crosta marziana, è stato progettato e realizzato da ASI
in collaborazione con la NASA. L’altro importante contributo nazionale
alla missione è lo strumento PFS (Planetary Fourier Spectrometer) che ha
lo scopo di studiare l'atmosfera di Marte. Scienziati italiani
collaborano inoltre ad altri tre strumenti scientifici dell’orbiter.
3 L’ACQUA SU MARTE: DOVE E SOTTO QUALE FORMA?
La questione più interessante presentata dalle più recenti osservazioni
di Marte è sicuramente quella relativa alla presenza di acqua, anche
perché strettamente legata alla eventuale possibilità di vita.
Soprattutto dopo aver visto e analizzato le immagini inviate della sonda
americana Mars Global Surveyor, quasi tutti gli scienziati sono ormai
convinti che l’acqua su Marte c’è stata e in abbondanza. Le foto dei
satelliti mostrano infatti strutture che si possono essere formate solo
a seguito del deflusso di grandi quantità d’acqua e fanno ipotizzare
addirittura l’esistenza di un vasto oceano che copriva gran parte
dell’emisfero nord del pianeta. Qualcosa però è cambiato nell’atmosfera
di Marte, probabilmente intorno a 3.8 miliardi di anni fa, perché ora le
sue caratteristiche non sembrano permettere più la presenza permanente
di acqua allo stato liquido sulla superficie.
Questo non esclude però che l’acqua possa essere ancora presente nel
sottosuolo del pianeta, forse intrappolata in uno strato di terreno
ghiacciato (permafrost). Recenti osservazioni lasciano intravedere la
possibilità che in tempi non troppo lontani e per cause ignote in alcune
zone il permafrost possa essersi sciolto dando vita a temporanei corsi e
bacini d’acqua.
L’obiettivo primario dell’attuale impegno internazionale verso
l’esplorazione di Marte è quindi la ricerca dell’acqua nel sottosuolo. E
in questo campo l’Europa e l’Italia hanno un ruolo fondamentale.
4 IL CONTRIBUTO ITALIANO ALL’ESPLORAZIONE DI MARTE
L’Italia è considerata sia dalla NASA sia dall’ESA partner di primissimo
livello nei programmi di esplorazione del Pianeta Rosso, che dovrebbero
portare un equipaggio umano su Marte in un futuro non troppo lontano.
Nel 2005, la NASA lancerà un satellite in orbita bassa marziana, il Mars
Reconnaissance Orbiter (MRO), con lo scopo di realizzare una mappa
globale del pianeta nel visibile e vicino IR e l’osservazione ad
altissima risoluzione (0,3 m) di aree limitate nell’ottico, al fine di
selezionare le zone di atterraggio più idonee, per l’eventuale presenza
di acqua e di vita, per le future missioni. Su MRO volerà uno strumento
italiano, SHARAD (SHAllow Radar), un radar di tipo sounder in grado di
fornire, con una risoluzione verticale di circa dieci metri e
orizzontale di circa cento metri, la stratigrafia del pianeta fino a
circa un chilometro di profondità. Con un’apposita selezione delle
frequenze, il radar potrà anche identificare la presenza di depositi
d’acqua o di strati di ghiaccio nei primi cinquecento metri sotto la
superficie di Marte. SHARAD è l'evoluzione dello strumento MARSIS,
sviluppato in Italia, in collaborazione con la NASA, per la Mars
Express, basato a sua volta sull’esperienza acquisita attraverso la
partecipazione italiana alla realizzazione del radar della missione
Cassini, attualmente in viaggio verso Saturno.
Dal 2009 in poi il contributo dell'Italia alle missioni della NASA
potrebbe essere ancora più importante, con un ruolo primario nelle
telecomunicazioni tra Marte e Terra e nelle sonde operanti sulla
superficie; inoltre potrebbe essere italiano il perforatore che fornirà
campioni del suolo marziano fino a qualche metro di profondità e
consentirà a strumenti, sempre italiani, di analizzare in situ la
composizione e le caratteristiche del suolo marziano.
In ambito europeo l’Italia è stata tra i paesi promotori di Aurora, un
programma a lungo termine per l’esplorazione automatizzata e umana dei
corpi del sistema solare, con primo obiettivo proprio Marte. Le finalità
di Aurora sono la ricerca di forme di vita, anche prebiotiche o fossili,
nei pianeti del sistema solare e lo studio comparato degli ambienti in
cui si può sviluppare la vita.
5 MARS EXPRESS: LE CARATTERISTICHE DELLA MISSIONE
Il satellite e i suoi sistemi di comando, controllo e trasmissione dati,
il carburante per le manovre, sette strumenti scientifici e un lander
esterno, tutto in poco più di una tonnellata. Questa è una delle
caratteristiche innovative della missione Mars Express, insieme alla
riduzione dei costi e dei tempi di lancio. Lo scopo scientifico è
l’osservazione del Pianeta Rosso nel suo complesso (atmosfera,
superficie e sottosuolo) per almeno un anno marziano, cioè 687 giorni
terrestri.
Il satellite (lancio a giugno 2003 con un razzo Soyuz Fregat dalla base
di Baikonur in Kazakistan) raggiungerà Marte dopo un viaggio lungo circa
400 milioni di chilometri che durerà sei mesi. Poco prima di immettersi
in un’orbita molto ellittica intorno al pianeta la sonda rilascerà il
lander Beagle 2 che, con l’ausilio di un paracadute e di palloni
gonfiabili, si poserà sulla superficie di Marte alla ricerca di prove
dell’esistenza passata o presente di vita.
Oltre al lander, a bordo di Mars Express ci sono sette strumenti, tutti
complementari, i cui dati permetteranno di avere un quadro complessivo
delle proprietà del pianeta con un dettaglio finora mai raggiunto:
ASPERA: Energetic Neutral Atoms Analyser
per lo studio dell'interazione tra vento solare e atmosfera marziana
HRSC: High/Super Resolution Stereo Colour Imager
per ottenere immagini ad altissima risoluzione della superficie e
dell’atmosfera
MARSIS: Subsurface Sounding Radar/Altimeter
per cercare l’acqua nel sottosuolo e studiare la stratigrafia
PFS: Planetary Fourier Spectrometer
per studiare la composizione dell’atmosfera
MaRS: Radio Science Experiment
per studiare le proprietà di atmosfera e ionosfera attraverso la
trasmissione delle onde radio
OMEGA: IR Mineralogical Mapping Spectrometer
per studiare la composizione della superficie marziana
SPICAM: UV and IR Atmospheric Spectrometer
per misurare la distribuzione verticale dell’ozono e del vapore acqueo
6 GLI STRUMENTI ITALIANI SU MARS EXPRESS
Due degli strumenti a bordo di Mars Express sono stati progettati e
realizzati sotto la responsabilità italiana da industrie e istituti
scientifici del nostro Paese. L’ASI ha finanziato e gestito tutte le
fasi del programma, garantendo per l’affidabilità e la sicurezza dei
sistemi e curando le collaborazioni internazionali.
PFS (Planetary Fourier Spectrometer)
P.I.: Vittorio Formisano, Istituto di Fisica dello Spazio
Interplanetario del Consiglio Nazionale delle Ricerche
PFS è uno spettrometro infrarosso che ha come obiettivo primario lo
studio dell'atmosfera di Marte nella regione 1.2-45 micron. Il campo di
vista dello strumento è tale da permettere una risoluzione spaziale da
10 a 20 km da circa 300 km di altezza (distanza del punto più basso
dell’orbita di Mars Express). La banda e la risoluzione spettrale di PFS
consentiranno di ottenere dati non solo sulla composizione
dell’atmosfera di Marte, ma anche sulla composizione mineralogica del
suolo e sulle interazioni tra atmosfera e superficie.
MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding)
P.I.: Giovanni Picardi, Dipartimento di Info-Com dell’Università di Roma
La Sapienza
MARSIS è un radar penetrante a bassa frequenza che sarà utilizzato per
la prima volta in una missione planetaria. L’obiettivo delle
osservazioni è sondare gli strati profondi sotto la superficie del
pianeta per identificare serbatoi acquiferi ed effettuare la mappa della
distribuzione delle acque sotterranee marziane sotto forma liquida,
solida o inglobata nel sottosuolo di Marte come permafrost, fino ad una
profondità di alcuni chilometri. MARSIS è stato progettato in Italia e
sviluppato in collaborazione con il JPL (Jet Propulsion Laboratory)
della Nasa.
Industrie e scienziati italiani partecipano inoltre a tre degli altri
strumenti sul satellite:
- per OMEGA, hanno realizzato il canale visibile, VNIR, che opera
nell’intervallo 0.35-1.05 micron ed è costituito da un telescopio, da
uno spettrometro e dalle ottiche che focalizzano la radiazione su una
camera CCD (coordinatore italiano: Giancarlo Bellucci, Istituto di
Fisica dello Spazio Interplanetario del Consiglio Nazionale delle
Ricerche);
- per ASPERA, hanno contribuito alla costruzione dei due sensori per
particelle neutre e realizzato il software per l’analisi e la
distribuzione dei dati scientifici (coordinatore italiano: Stefano
Orsini, Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del Consiglio
Nazionale delle Ricerche);
- per HRSC, fanno parte del gruppo di ricerca che si occuperà della
riduzione e analisi dati (coordinatore italiano: Gian Gabriele Ori,
International Research School of Planetary Sciences di Pescara).
Istituti scientifici italiani coinvolti
- Dipartimento di Info-Com dell’Università di Roma La Sapienza
- Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del Consiglio
Nazionale delle Ricerche
- International Research School of Planetary Sciences
- Centro Interdipartimentale Studi ed Attività Spaziali "G.Colombo" (CISAS)
- Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica del Consiglio
Nazionale delle Ricerche
Industrie italiane coinvolte
- Alenia Spazio S.p.A.
- Laben S.p.A.
- Galileo Avionica
- Corista
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