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Alla scoperta della geologia di Marte

Ai giorni nostri, di Marte, mediante l’uso di immagini digitali ad altissima risoluzione, sono state ottenute carte topografiche alla scala 1:200.000 e carte geologiche a scala minore. I risultati delle interpretazioni effettuate sinora delle immagini tele rilevate di Marte andranno completati con il campionamento e l’analisi dei terreni che si incontrano nei corso dei rilevamenti diretti. Gli obiettivi di carattere geologico delle future spedizioni.

Sembra che circa 10mila persone nel 2013 abbiano inviato la propria candidatura all’organizzazione olandese non-profit “Mars One”. L’organizzazione si proponeva di selezionare i quattro membri dell’equipaggio di un’astronave in partenza per il Pianeta Marte nel prossimo decennio.
E’ probabile che un’astronave con obiettivo Marte non sia pronta prima del 2035. I maggiori enti spaziali la statunitense NASA e l’europea ESA in collaborazione con la Russia, da tempo stanno progettando l’esplorazione di Marte mediante l’invio di navi spaziali con a bordo astrofisici e geologi.
Lo sbarco di uomini su Marte è stato considerato come un obiettivo a lungo termine dagli Stati Uniti attraverso il Vision for Space Exploration annunciato fin dal 2004 dal Presidente George W. Bush. Una cooperazione tra NASA e Lockheed Martin a questo proposito ha iniziato il progetto di Orion la cui missione di prova è stata programmata per il 2020 verso la Luna per poi intraprendere il viaggio verso Marte. L’ESA invece prevede di inviare astronauti su Marte nel periodo tra il 2030 e il 2035. La missione sarà preceduta dall’invio di grandi moduli iniziando con l’ExoMars e un’altra missione di andata e ritorno.
Grazie all’elaborazione dei dati inviati a Terra dai sofisticati strumenti a bordo delle sonde orbitanti intorno a quel pianeta e dai rover Opporunity e Curiosity scesi sul suo suolo, gli studi degli astrofisici e degli astrogeologi hanno da tempo compiuto progressi molto significativi. Ai giorni nostri del Pianeta Rosso, mediante l’uso di immagini digitali ad altissima risoluzione, sono state ottenute carte topografiche alla scala 1:200.000 e carte geologiche a scala minore. E’ stato possibile determinare la composizione dell’atmosfera, il suo spessore e, in parte, le leggi della sua dinamica. Sono state scoperte le regioni dominate dalla presenza di giganteschi vulcani ormai spenti da un centinaio di milioni di anni. Uno degli ultimi vulcani a concludere la sua attività è l’Olympus Mons.

figura 1: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N
figura 1: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N

Si tratta del più grande vulcano del Sistema Solare: si erge per oltre 21 km di altezza dalla sua base ed occupa una superficie pari a circa due terzi di quella della Francia.

figura 2: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N
figura 2: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N

La sua parte sommitale ha un diametro di circa 65 km ed è caratterizzata da 5 diverse caldere che si sono formate nel corso della fasi finali dell’attività vulcanica (guarda figure 1-2-3).

figura 3: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N
figura 3: Marte, Vulcano Monte Olimpo, elaborazione ottenuta dal FILE MOLA Pedr_222E231E_15N22N

Quasi dovunque la superficie marziana è caratterizzata da crateri da impatto dovuti alla caduta di asteroidi e di meteoriti.
Se si dispone di tutte queste conoscenze, perché allora impegnarsi per missioni così rischiose, costose e complesse?
Mercurio, Venere, Terra e Marte fanno parte dei cosiddetti pianeti terrestri. Terra a parte, Marte è quello che offre condizioni meno proibitive per l’esplorazione umana e, forse in un lontano futuro, per la sua colonizzazione. Sulla Terra tra non molti anni verrà a mancare gran parte delle risorse necessarie per la sopravvivenza della sua popolazione in continuo aumento. Il completamento delle conoscenze sul pianeta più simile alla Terra sarà possibile solo mediante l’esplorazione diretta da parte di scienziati ben preparati ed equipaggiati. Oltre a contribuire ad alimentare le conoscenze di base, le missioni umane dovranno individuare quali risorse saranno lì disponibili e come utilizzarle.
Conviene riflettere sulle attuali conoscenze sinora acquisite e cosa dovranno studiare i ricercatori nelle prossime esplorazioni sul pianeta distante dalla Terra da un minimo 55 ad un massimo di 410 milioni di km. I risultati delle interpretazioni effettuate sinora delle immagini tele rilevate di Marte, come succede anche per quelle della Terra, sono soggetti al controllo “verità – terreno” e andranno completati con il campionamento e l’analisi dei terreni (rocce, sabbie, polveri) che si incontrano nei corso dei rilevamenti diretti.
E’ ormai noto che l’atmosfera marziana è costituita dal 95% da anidrite carbonica (CO2) e daAzoto al 2,8%. Gli altri gas sono presenti in quantità molto basse (Argon 1,6 %, Ossigeno 0,13 %, Monossido di Carbonio 0,07 %, Vapore acqueo 0,03 %, Ossido di Azoto 0,01 %, Neon 2,5 ppm, Kripton 0,3 ppm, Xeno 0,08 ppm, Ozono 0,03 ppm, Metano 0,01 ppm).
Le temperature medie superficiali variano da un minimo di – 140 °C ad un massimo di 20 °C. Lo spessore dell’atmosfera è molto ridotto rispetto a quello della Terra e di conseguenza la pressione al suolo è anch’essa molto ridotta (1 kPa contro 100 kPa). L’accelerazione di gravità è di 3,69 m/s2 (meno della metà di quella terrestre) mentre è quasi completamente assente il campo magnetico che sulla Terra protegge gli esseri viventi dai Raggi Cosmici e dal Vento Solare, un plasma molto tenue costituito al 95% da elettroni e da protoni e in minor misura da particelle alfa.
L’acqua è presente sotto forma di ghiaccio ai poli e probabilmente impregna, sempre nella sua fase solida insieme al ghiaccio di CO2, gli strati superficiali del suolo per costituire il permafrost. Agli esploratori terrestri sarà richiesto di installare una serie di reti di stazioni di misura per rendere possibile una sistematica raccolta di dati sulle temperature, sull’umidità, sulla pressione e sui venti. Questi dati, insieme a quelli raccolti dagli appositi strumenti a bordo delle sonde e a quelli dei rover, sono necessari per determinare le leggi che governano la dinamica dell’atmosfera nelle diverse stagioni, alle diverse latitudini e alle diverse quote. E’ noto da tempo, ad esempio, che la superficie di Marte è periodicamente investita da tempeste di vento con velocità che possono superare i 200 km l’ora e che rappresentano uno dei fattori (l’erosione eolica) responsabili del modellamento della sua superficie. Di queste tempeste sono noti anche gli effetti: in molte zone sono state individuate morfologie del tutto simili agli erg presenti in certe aree desertiche della Terra caratterizzate dalle tipiche successioni di dune sabbiose; le strutture più antiche come quelle di alcuni crateri vulcanici o da impatto di meteoriti sono parzialmente riempiti da sabbie trasportate dalle tempeste di vento.
Sulla sismicità di Marte le conoscenze sono molto scarse. Gli astronauti dovranno installare una o più reti sismiche. I dati registrati dai sismografi verranno studiati in loco e inviati sulla Terra per successive elaborazioni. La sismicità di Marte rappresenta una delle lacune tra le conoscenze sul Pianeta Rosso. Grazie agli studi sui terremoti che si verificano sulla Terra, è stato possibile determinarne la costituzione interna secondo lo schema semplificato nucleo interno, mantello inferiore, mantello superiore, litosfera. Per ognuno di questi livelli si conoscono spessore, densità, temperatura, pressione, stato della materia e suo chimismo. Ciò è avvenuto grazie alla misura delle variazioni della velocità di propagazione delle onde sismiche con la profondità. Per studiare la struttura interna di Marte, sarà necessario organizzare una rete di sismografi a lungo periodo.
Anche un’accurata raccolta di campioni di rocce e di sedimenti superficiali costituirà un importante obiettivo degli astronauti. Avranno a disposizione laboratori di analisi per stabilirne la costituzione e le date assolute del momento della loro formazione. Quest’ultimo dato assume un’importante rilevanza dal punto di vista geologico per stabilire la successione degli eventi (formazione dei rilievi, dei vulcani, delle incisione, delle fratture e delle altre forme che caratterizzano la morfologia della superficie del pianeta).
Al giorno d’oggi la scala dei tempi marziani viene suddivisa in tre ere. Le prime date assolute sono state effettuate combinando le datazioni di alcune meteoriti provenienti da Marte e rinvenute in varie località della Terra. Queste date sono state integrate con i risultati ottenuti applicando una metodologia già acquisita per gli studi sulla Luna. Essa tiene conto della distribuzione e delle dimensioni dei crateri causati dalla caduta di asteroidi e di meteoriti.
Le tre ere sono: il Noachiano (la più antica); l’ Esperiano la cui base inferiore ha un’età di 3.5 miliardi di anni e si protrae fino a 1.8 miliardi di anni; l’Amazzoniano che si estende da 1.8 miliardi di anni al presente.
Le successive spedizioni avranno altri obiettivi: eseguire carotaggi meccanici profondi per studi stratigrafici nelle aree di pianura (da utilizzare anche per tarare indagini geofisiche ad esempio con sondaggi geoelettrici e geosismici), analizzare le rocce o i sedimenti campionati e cercare di individuare tracce di vita passata; studiare alcuni dettagli dei vulcani più facilmente accessibili (difficilmente potranno raggiungere la cima dell’Olympus Mons data la sua altezz); studiare i crateri da impatto causati dalla caduta di asteroidi o di meteoriti; verificare la presenza delle tracce che spieghino le altre morfologie come montagne, valli di tipo fluviale, lineazioni attribuibili a fratture e faglie, oltre a completare le scoperte delle precedenti missioni che come spesso capita nel mondo della ricerca, colmano delle lacune, ma aprono nuovi interrogativi e richiedono ulteriori indagini.

Per coloro che desiderino avere qualche idea sulle morfologie del Pianeta Rosso, suggerisco di entrare in GOOGLE EARTH da Internet e scegliere l’opzione ‘Marte’. Si potrà osservare l’assemblaggio delle immagini acquisite dalle sonde che orbitano intorno a Marte.

NOTA. I dati dello strumento MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), che si trova sulla sonda MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) della NASA, sono disponibili sul Web. Le coordinate X, Y originali sono nel formato WGS84. Per praticità sono state convertite in forma metrica.

AUTORE:

dr. geol. Lucio Versino