di Anna Cairati

Durante tutto il 2009 si è parlato tanto di ricorrenze: sono passati 400 anni dal cannocchiale di Galileo, 200 dalla nascita di Charles Darwin, 40 dal primo allunaggio. Periodo di anniversari, dunque. Ma non dimentichiamone uno che nessuno avrebbe mai pensato di poter festeggiare: sono trascorsi sei anni dallo sbarco su Marte di Spirit e Opportunity, i due piccoli rover che all’epoca avevano un’aspettativa di vita di soli tre mesi. Questo era il termine della garanzia: non ci si aspettava che esattamente dopo 90 giorni tutto si sarebbe bloccato, e magari per qualche giorno la missione avrebbe potuto proseguire. Qualche giorno: una previsione decisamente pessimista.

Portava sfortuna?

Trattandosi di Marte il pessimismo era quasi d’obbligo: prima del dicembre 2003, fin dagli Anni Sessanta erano partite 30 missioni verso il Pianeta Rosso, ma solo 9 potevano considerarsi riuscite, tanto che tra gli addetti ai lavori cominciavano a girare battute circa una “maledizione di Marte”, una sorta di Triangolo delle Bermude interplanetario. Malgrado ciò, o forse proprio per questo motivo, le principali agenzie aerospaziali avevano insistito. Marte ha sempre affascinato l’uomo un po’ perché è il vicino della porta accanto, un po’ perché ci si è presto resi conto che è un pianeta molto simile al nostro. La fantasia ha fatto il resto: in letteratura e al cinema sono comparsi omini verdi (chissà poi perché) più o meno malevoli e desiderosi di sottometterci, e per molto tempo il termine “marziano” è stato sinonimo di “alieno”.

Prima l’America

Ma torniamo alla realtà: dei 30 lanci effettuati, 16 erano sovietici e 14 statunitensi e i successi tutti della NASA. Durante il primo decennio le ambizioni umane non andavano oltre il flyby. Poi gli obiettivi diventarono più impegnativi: posizionare dei satelliti nell’orbita marziana e addirittura tentare un “ammarziaggio”. I primi ad andare alla conquista del Pianeta Rosso furono i Sovietici con il programma Marsnik, nel 1960. Gli Americani raccolsero la sfida con quattro anni di ritardo, ma il primo flyby, la prima orbita e il primo sbarco riusciti furono statunitensi: rispettivamente con il Mariner 4, il Mariner 9 e le Viking. Anche il primo rover marziano era targato USA e fu lanciato con la missione Mars Pathfinder. Quasi un replay della conquista della Luna, durante la quale molte battaglie videro la supremazia dell’Unione Sovietica ma la guerra fu vinta dagli Stati Uniti.

Viking: il primo successo oltre le previsioni

Il primo contatto con il suolo di Marte avvenne il 20 luglio del 1976 e in quell’occasione Carl Sagan ebbe a dire: “Anche se il Viking lavorasse al di sotto delle proprie possibilità, l’astronomia planetaria non sarebbe mai più la stessa”. Anche nel caso del programma Viking le previsioni di durata erano di 90 giorni e furono superate: il modulo orbitante fu disattivato da Terra nell’agosto del 1980 perché non era più in grado di orientare i propri pannelli verso il Sole, ma le due sonde continuarono a inviare dati fino alla fine del 1982. Dopo 6 mesi di vani tentativi di ripristinare la comunicazione, la missione fu dichiarata definitivamente chiusa il 21 maggio 1983, quando ormai aveva fornito importanti informazioni sulla composizione del suolo e dell’atmosfera.

Sojourner: il primo rover

Il 4 dicembre 1996 prese ufficialmente il via la missione Mars Pathfinder, frutto della nuova filosofia del Jet Propulsion Laboratory. Con il motto “faster, cheaper, better” (più rapida, più economica, migliore), la Pathfinder si proponeva di rilanciare il programma di esplorazione di Marte. Le consegne furono rispettate. Il costo fu di circa cinque volte inferiore a quello dei Viking, il periodo di progettazione non superò i tre anni e per la prima volta nella storia scese su un altro pianeta un dispositivo in grado di spostarsi autonomamente: il rover Sojourner. Questa missione fu importante anche perché diede la possibilità di testare le nuove tecniche di sbarco sul pianeta che poi sarebbero state usate anche con Spirit e Opportunity. La Pathfinder, infatti, entrò direttamente nell’atmosfera, senza prima inserirsi in orbita. Una volta persa velocità, fu dispiegato un paracadute che a poche centinaia di metri dalla superficie venne sostituito dai ben noti airbag. Tutto si svolse come previsto, tranne il fatto che uno dei palloni non si svuotò del tutto. Ci si accorse dell’inconveniente solo al momento dell’apertura della capsula interna, costituita da tre parti che si aprivano come i petali di un fiore: uno di questi non si aprì completamente. Si risolse il problema aprendolo e chiudendolo ripetutamente, schiacciando l’airbag riottoso. Il piccolo Sojourner, lungo 62 centimetri e alto 32, era dotato di un sistema di autoguida che gli permetteva di riconoscere gli ostacoli e di aggirarli. Anche questa innovazione sarebbe stata sviluppata e riutilizzata per Spirit e Opportunity. La missione venne dichiarata conclusa il 27 settembre 1997, quando si perse il contatto con il rover. Dalle indagini mineralogiche e chimiche si concluse che Marte in passato era un pianeta caldo, umido e con l’atmosfera più densa rispetto a quella attuale. Anche in questo caso la durata della missione doveva essere di 3 mesi. Insomma, tutto andò liscio per tre volte tanto.

Spirit e Opportunity: nomi scelti da una bambina

E siamo ai giorni nostri, alla missione Mars Exploration Rovers e ai suoi protagonisti: MER-A, ovvero Spirit, e MER-B, Opportunity. I nomi propri sono stati scelti da Sofi Collins, una bambina di nove anni che ha vinto il concorso indetto nelle Scuole Elementari. I rover sono sbarcati su Marte rispettivamente il 4 e il 24 gennaio 2004, dopo un viaggio di circa 6 mesi. Quattro sono gli scopi scientifici della missione: stabilire se in un’epoca remota l’acqua è stata presente abbastanza a lungo per permettere alla vita di svilupparsi, caratterizzare il clima di Marte, studiarne la geologia e raccogliere informazioni per preparare spedizioni future, magari anche con equipaggio umano.

Scelta oculata dei luoghi

Come per le altre missioni, il luogo di “ammarziaggio” è stato accuratamente scelto sulla scorta delle immagini delle missioni precedenti e dei satelliti in orbita attorno al Pianeta Rosso. I siti di sbarco dovevano essere abbastanza vicini all’Equatore da permettere un adeguato soleggiamento e quindi la possibilità di rifornimento di energia, non troppo elevati per consentire ai paracadute di rallentare sufficientemente la discesa, non troppo ventosi per non ostacolare l’azione degli airbag, non troppo rocciosi per non correre il rischio di intrappolare i rover e naturalmente interessanti da studiare. Per Spirit si è scelto il cratere Gusev, che dall’alto sembrava essere un antico lago: infatti appare come un bacino nel quale si immette quello che potrebbe sembrare il letto di un fiume. Opportunity ha avuto come destinazione l’altra faccia del pianeta e in particolare il Meridiani Planum. Più precisamente il piccolo cratere Eagle: infatti, sebbene questa zona sia una delle più piatte del pianeta, il modulo ha rimbalzato sugli airbag, andando a centrare proprio quella formazione, di non più di 20 metri di diametro. I responsabili del progetto hanno commentato divertiti: “Non siamo sportivi, ma dopo quest’impresa stiamo pensando di dedicarci al golf”.

Gusev: un cratere, solo un cratere

Il cratere Gusev è stato scelto perché per i geologi non c’è nulla di meglio del fondo di un lago per trovare segni di vita passata e informazioni sull’evoluzione delle condizioni climatiche. Ma Spirit ha scoperto che il cratere non è altro che… un cratere, appunto. La massiccia presenza di olivina, che sulla Terra è il primo minerale a formarsi dopo che la crosta terrestre è stata fusa, ha dimostrato che il bacino si è formato in seguito a un impatto meteorico. La completa assenza di altri minerali che si sviluppano tipicamente in presenza di acqua e la mancanza di depositi sedimentari hanno escluso la possibilità che Gusev sia mai stato sede di un lago. Sono state trovate le tracce della remota presenza di acqua, ma fuori dal cratere e ben nascoste nella “memoria” chimica delle rocce. In particolare Spirit ha trovato e analizzato una roccia, soprannominata “Gertrude Weise”, composta da silice quasi pura. Questo materiale si può formare solo in presenza di acqua molto calda o geyser di vapore acqueo.

Per lo studio del pianeta sono importanti sia i crateri sia gli affioramenti di roccia o, ancora meglio, i rilievi. I crateri sono come delle porte di ingresso agli strati più profondi della crosta che lo ricopre e più sono profondi più indietro nel tempo si può andare. Gli affioramenti permettono di accedere allo strato roccioso senza l’intralcio delle polveri che vengono costantemente spostate dai venti. Ecco perché, dopo aver esplorato il cratere Gusev, Spirit ha intrapreso il viaggio verso le “Columbia Hills”.

Opportunity sul Meridiani Planum

Il Meridiani Planum è stato privilegiato per i suoi grandi depositi di polvere di ematite che, essendo un ossido, ha bisogno di grandi quantità di ossigeno o di acqua per formarsi. Opportunity, oltre a questa polvere rossastra, ha trovato delle piccole formazioni sferiche del diametro di 1-5 millimetri. Il colore di queste sferule, un po’ più tendente al bluastro rispetto al rosso circostante, ha suggerito il nome di “blueberries”, cioè mirtilli. Concrezioni simili si formano sulla Terra quando grandi quantità di acqua attraversano gli strati di roccia e determinano la fuoriuscita di minerali ferrosi che poi precipitano in granuli. Sono stati trovati anche strati di jarosite, un minerale contenente zolfo che sulla Terra si forma in presenza di acqua a partire da materiale di origine vulcanica. Gli affioramenti sono risultati disseminati di piccoli fori, interpretati come le impronte di antichi cristalli che a contatto con l’acqua si sono dissolti.

Tutte le evidenti tracce della remota presenza di acqua sono abbondantemente e uniformemente distribuite nella zona esplorata da Opportunity: questo depone a favore dell’ipotesi che il Meridiani Planum altro non sia che il fondo di un mare progressivamente prosciugatosi. La natura “salata” del mare è testimoniata dalla massiccia presenza di minerali solubili, tra i quali anche cloro e bromo, che in alcuni casi costituiscono il 40 per cento degli affioramenti rocciosi. L’analisi dei reperti ha permesso di stimare che l’acqua è stata presente in forma liquida per diversi milioni di anni e ha avuto modo di modellare le rocce sulle quali scorreva, analogamente a quanto accade sulla Terra.

Sicché la presenza di acqua liquida nel passato di Marte non è dunque più solo un’ipotesi: ora si può parlare di certezza. I due rover, però, nelle loro scorribande marziane hanno raccolto anche dati che hanno sollevato degli interrogativi negli scienziati incaricati di seguire le missioni. Interrogativi intriganti.

Metano nell’atmosfera: da dove arriva?

Nella tenue atmosfera di Marte è stata trovata la traccia spettrale del metano. La concentrazione è molto bassa: si parla di circa 10 molecole ogni miliardo. Ma c’è, ed è importante. Il metano in forma libera, nelle condizioni atmosferiche di Marte, resta tale e quale solo per qualche centinaio di anni perché è molto instabile e si lega facilmente ad altre molecole oppure viene degradato dai raggi ultravioletti provenienti dal Sole. Quindi ci dev’essere una fonte che lo rinnova costantemente. Si è sempre pensato che Marte ormai fosse un pianeta completamente morto. Eppure sembra non sia così, dopotutto.

Sulla Terra il metano è prodotto in gran parte dal metabolismo batterico: basti pensare alla decomposizione dei rifiuti urbani o alla putrefazione delle biomasse. Solo in quantità minore il metano deriva dall’attività vulcanica. I ricercatori della NASA hanno ipotizzato diversi processi capaci di produrre metano, e in assenza di vita il più ovvio resta quello legato all’attività vulcanica o geotermica. Però nessuna delle missioni susseguitesi negli ultimi decenni ha rilevato indizi di queste recenti attività. Perciò o sono state inosservabili oppure sono precedenti alle visite delle sonde.

Queste considerazioni sono interessanti per il futuro delle ricerche planetarie. Analizzando lo spettro delle atmosfere di altri pianeti si potrebbe utilizzare il metano e altri gas instabili come biomarker. Prima però bisognerà definire quale sia il livello di gas oltre il quale si può effettivamente ipotizzare la presenza della vita ed elencare tutti i processi di sintesi non biologici che potrebbero falsare i risultati. E queste risposte potranno arrivare da Marte.

Dove sono finiti i carbonati? Tutta colpa dello zolfo

Grazie al lavoro svolto da Spirit e Opportunity si è notata una particolarità della composizione del suolo marziano: la mancanza di carbonati. La Terra e Marte “in gioventù” erano molto simili: caldi, umidi e con una densa atmosfera composta per la quasi totalità da anidride carbonica. Sulla Terra parte di questo gas si è disciolto negli oceani, ma soprattutto ha dato origine alle rocce calcaree. Infatti, se si liberasse tutta l’anidride carbonica intrappolata in queste rocce, ci troveremmo immersi in un’atmosfera con una sua concentrazione 62 volte maggiore di quella attuale. Sul suolo di Marte i due rover hanno trovato solo tracce di polvere di calcare. Dove sono andate a finire tutte le rocce disperse? Se i due pianeti erano così simili nel lontano passato, perché ora non lo sono più? La Divisione di Scienze Planetarie dell’American Astronomical Society suggerisce che in realtà i depositi di calcare non siano spariti, ma non abbiano mai avuto la possibilità di formarsi.

Ai primordi Marte possedeva molti vulcani attivi che immettevano nell’atmosfera grandi quantità di composti di zolfo. Questo elemento, combinandosi con idrogeno e ossigeno, diede origine ad acido solforico, che poi ricadde al suolo sotto forma di pioggia fortemente acida. Un mondo battuto da piogge acide rende la vita difficile alle rocce calcaree. Basta mettere una goccia di un acido anche debole su del calcare per rendersene conto: il calcare comincia immediatamente a dissolversi. Quindi l’atmosfera doveva prima essere priva di composti solforati affinché il calcare iniziasse a formarsi. Ma, quando questo accadde, era troppo tardi. La maggior parte dell’atmosfera si era irrimediabilmente dissipata e la poca anidride carbonica non era più sufficiente per organizzarsi in rocce, precipitando al suolo come semplice polvere di calcare. Quest’ipotesi è suffragata dal fatto che le rocce marziane sono ricche di solfati e devono essersi formate in un ambiente molto acido. Marte dunque non è un mondo come la Terra, dominato dai carbonati, ma dai solfati.

Ma la notte no…

I due rover, durante il giorno marziano, sgobbavano duramente. Ma hanno dovuto combattere anche con difficoltà di ogni genere: acciacchi meccanici, sovraccarichi informatici, cali di energia dovuti alla diminuzione del soleggiamento durante le forti tempeste di sabbia e i rigidi mesi invernali. Tuttavia sono sopravvissuti grazie alla perizia degli ingegneri e ad alcuni colpi di fortuna. E durante la notte? Per gran parte del tempo sono andati in stand-by. Ma non sempre. Durante i periodi estivi le batterie accumulavano talmente tanta energia da permettere un po’ di attività notturna.

Come resistere alla tentazione?

Immaginate di essere da un amico che abita in una zona desertica in un Paese molto lontano, con la visibilità che si estende da un orizzonte all’altro. Il seeing è magnifico e il vostro amico ha un piccolo telescopio. Riuscireste a non dare una sbirciatina? Dev’essere quello che hanno pensato anche i partecipanti al progetto Mars Exploration Rovers. Sotto un cielo mai visto da occhio umano, come non puntare le telecamere verso l’alto? La missione non era stata concepita per questo scopo e ciò poneva dei limiti: il punto di osservazione cambiava quasi ogni notte, non si poteva contare su un motore per l’inseguimento, la telecamera panoramica non riusciva a distinguere gli oggetti con luminosità oltre la magnitudine 7 e le sessioni di osservazione non potevano durare più di 30 minuti. Ne sarebbero conseguite immagini assolutamente modeste… ma provenienti da Marte!

Le lune…

Cosicché l’Husband Hill Observatory ha potuto funzionare per più di 30 notti marziane consecutive e ci ha dato un’idea abbastanza precisa di come appare il cielo visto da Marte. Phobos è l’oggetto più luminoso del cielo con magnitudine di -9, ha un diametro angolare pari a un terzo di quello della Luna vista dalla Terra e il suo grande cratere Stickney è ben riconoscibile. Dato che Phobos orbita attorno a Marte più velocemente di quanto Marte non ruoti su se stesso, la luna sorge a ovest e tramonta a est. Fino a un paio di anni fa le posizioni di Phobos e Deimos erano calcolate su effemeridi risalenti al 1989, quindi decisamente datate. Utilizzando la camera panoramica e osservando le due lune muoversi una rispetto all’altra, rispetto alle stelle fisse, al Sole e all’ombra di Marte, è stato possibile aggiornare i calcoli. Addirittura, applicando opportuni filtri, si sono ottenute informazioni riguardanti la composizione della superficie di Phobos e Deimos. Inoltre Spirit ha registrato le eclissi delle due lune e ha osservato la luce “rùbrica”: il riflesso rossastro del pianeta sulla loro parte in ombra.

…e le stelle

Oltre ai due satelliti naturali, sullo sfondo, lo stesso cielo osservabile dalla Terra, con le stesse stelle e costellazioni ma non gli stessi riferimenti. Il cielo osservato è quello meridionale ed è stato possibile verificare che neanche Marte ha una Stella Polare a sud: la più prossima al Polo Sud celeste è Delta Velorum, a 3° di distanza. Probabilmente la Stella Polare a nord è Deneb, nella costellazione del Cigno.

Meno missioni, un gran risparmio

Fin qui i risultati scientifici acquisiti durante la missione di Spirit e Opportunity. I quattro obiettivi di base sono stati raggiunti e ampiamente superati. Alla NASA infatti si ritiene che, grazie alla straordinaria resistenza dei rover, si siano potute “risparmiare” delle missioni e che l’esperienza acquisita dagli ingegneri abbia permesso di saltare qualche tappa nella progettazione delle future missioni sul suolo marziano.

Spirit si ferma

Purtroppo però il lavoro di Spirit non finirà in modo glorioso. Mentre Opportunity procede velocemente sulla strada che lo porterà al cratere Endeavour e sta per tagliare il traguardo dei 20 chilometri, nessun tentativo di liberare il gemello dalla sua trappola di sabbia ha avuto successo. Con tre ruote insabbiate, due guaste e l’inverno alle porte ci si è dovuti arrendere all’evidenza: Spirit diventerà una stazione fissa sul suolo di Marte. Ora tutti gli sforzi sono concentrati nella ricerca della posizione migliore per permettere ai pannelli solari di sfruttare al massimo il poco Sole disponibile: Spirit deve essere inclinato di pochi gradi verso nord, perché solo questa posizione gli consentirà di disporre dell’energia necessaria per continuare a comunicare con la Terra. Fortunatamente si stima che nel luogo dove si trova, soprannominato Troy, la temperatura non dovrebbe scendere ai livelli critici per l’elettronica del rover. Quindi, se sopravviverà ai sei mesi invernali, Spirit continuerà il proprio lavoro. Diventerà un radiofaro e sarà possibile stabilire la sua posizione con la precisione di alcuni centimetri. Se continuerà a inviare segnali per un lasso di tempo sufficientemente lungo, sarà possibile rilevare la più piccola oscillazione nella rotazione di Marte. Si potrebbe così stabilire se il Pianeta Rosso è completamente solido oppure possiede un nucleo esterno liquido. Gli strumenti sul suo braccio meccanico potranno studiare le variazioni della composizione del suolo immediatamente circostante, osservare come la sabbia viene spostata dal vento e monitorare l’atmosfera marziana.

“Spirit non è morto, si prepara a entrare in una nuova fase della sua lunga vita”, afferma Doug McCuistion, direttore del Mars Exploration Program. “Ci sono ricerche che possono essere condotte solo da strumentazione fissa, ce ne siamo resi conto in anni di viaggio. L’immobilità non pregiudica il prosieguo della missione”, assicura Steve Squyres, ricercatore alla Cornell University. Sarà, ma a molti di noi piaceva pensarlo libero sulla superficie di Marte, pronto a scoprire chissà quali altre meraviglie.

Cortesia delle immagini: NASA, JPL, Cornell University