Marte, il quarto pianeta a partire dal Sole, viene colloquialmente chiamato il "Pianeta Rosso" per la sua caratteristica colorazione rosso-arancione. Questo corpo terrestre presenta un terreno roccioso e desertico e possiede un'atmosfera sottile composta prevalentemente da anidride carbonica (CO2). La sua pressione atmosferica superficiale media è solo pochi millesimi di quella terrestre, con temperature che oscillano tra −153 e 20 ° C (−243 e 68 ° F), ed è caratterizzata da elevati livelli di radiazione cosmica. Mentre Marte trattiene l’acqua nel suo sottosuolo e come una componente atmosferica sparsa, manifestandosi come cirri, nebbia, gelo ed esteso permafrost polare e calotte glaciali (che includono neve stagionale di CO2), non esistono corpi persistenti di acqua liquida superficiale. La gravità superficiale del pianeta è circa un terzo di quella della Terra, o due volte quella della Luna. Con un diametro di 6.779 km (4.212 mi), Marte è grande circa la metà della Terra e il doppio della Luna, e possiede una superficie equivalente alla massa continentale totale della Terra.
Marte è il quarto pianeta a partire dal Sole. È conosciuto anche come il "Pianeta Rosso", per il suo aspetto rosso-arancio. Marte è un pianeta roccioso desertico con un'atmosfera tenue composta principalmente da anidride carbonica (CO§56§). Al livello medio della superficie, la pressione atmosferica è di pochi millesimi di quella terrestre, la temperatura atmosferica varia da −153 a 20 °C (da -243 a 68 °F) e la radiazione cosmica è elevata. Marte trattiene un po' d'acqua, nel terreno e in uno strato sottile nell'atmosfera, formando cirri, nebbia, gelo, regioni polari più grandi di permafrost e calotte glaciali (con neve CO§910§ stagionale), ma nessun corpo idrico superficiale liquido. La sua gravità superficiale è circa un terzo di quella terrestre o il doppio di quella della Luna. Il suo diametro, 6.779 km (4.212 mi), è circa la metà di quello della Terra, o il doppio di quello della Luna, e la sua superficie è grande quanto tutta la terraferma della Terra.
Le particelle di polvere fine sono onnipresenti sia sulla superficie marziana che nell'atmosfera, facilmente mobilitate e disperse dai deboli venti del pianeta, nonostante la sua bassa attrazione gravitazionale. Il terreno marziano mostra una distinta divisione nord-sud, nota come dicotomia marziana, caratterizzata da pianure relativamente piatte e basse nell'emisfero settentrionale e altopiani fortemente craterizzati nell'emisfero meridionale. Geologicamente, Marte mostra un'attività moderata, evidenziata da martemoti nel sottosuolo, e presenta numerosi colossali vulcani estinti, tra cui l'Olympus Mons (alto 21,9 km o 13,6 miglia), accanto a uno dei canyon più estesi del Sistema Solare, Valles Marineris (che si estende per 4.000 km o 2.500 mi). Intorno al pianeta orbitano due piccoli satelliti naturali dalla forma irregolare: Phobos e Deimos. Possedendo una sostanziale inclinazione assiale di 25 gradi, Marte subisce variazioni stagionali analoghe a quelle della Terra (che ha un'inclinazione assiale di 23,5 gradi). Un anno solare marziano dura 1,88 anni terrestri (equivalenti a 687 giorni terrestri), mentre un giorno solare marziano, o sol, dura 24,6 ore.
Marte ha avuto origine circa 4,5 miliardi di anni fa, in concomitanza con la formazione di altri pianeti nel Sistema Solare. Il periodo marziano noachiano, che va da 4,5 a 3,5 miliardi di anni fa, è stato caratterizzato da estesi impatti meteorici, dallo sviluppo di valli, da una significativa erosione, dalla potenziale esistenza di oceani d'acqua e dall'eventuale perdita della sua magnetosfera. Successivamente, il periodo esperiano, iniziato 3,5 miliardi di anni fa e conclusosi tra 3,3 e 2,9 miliardi di anni fa, fu testimone di un'attività vulcanica pervasiva e di eventi catastrofici di inondazioni che scolpirono vasti canali di deflusso. Il periodo amazzonico, che persiste fino ai giorni nostri, rappresenta l'influenza prevalente sui processi geologici del pianeta. Data la complessa storia geologica di Marte, la prospettiva della vita passata o esistente sul pianeta continua a essere oggetto di rigorosa indagine scientifica, con alcuni potenziali indicatori che richiedono un ulteriore esame.
Storicamente, Marte è stato osservato dalla Terra come una vistosa "stella errante" rossa, il che ha portato a varie interpretazioni culturali e associazioni tra le civiltà. La missione inaugurale su Marte, Mars 1, fu lanciata nel 1963, ma la comunicazione con la navicella venne persa durante il suo transito. Un'esplorazione ravvicinata di successo di Marte fu effettuata per la prima volta nel 1965 dal Mariner 4. Il Mariner 9 divenne il primo veicolo spaziale a orbitare attorno a un corpo celeste diverso dalla Luna, dal Sole o dalla Terra quando entrò nell'orbita marziana nel 1971; quello stesso anno vide anche il primo impatto incontrollato (Mars 2) e il primo atterraggio riuscito (Mars 3) sul pianeta. Le sonde robotiche hanno mantenuto operazioni continue su Marte dal 1997. Periodicamente, più di dieci sonde hanno funzionato simultaneamente in orbita o sulla superficie marziana, superando il numero di missioni attive su qualsiasi altro pianeta oltre la Terra. Marte viene spesso identificato come una potenziale destinazione per future missioni di esplorazione con equipaggio, sebbene al momento non siano previste attività del genere.
Storia naturale
Formazione
Le teorie scientifiche propongono che Marte abbia avuto origine durante la formazione del Sistema Solare attraverso un processo stocastico di accrescimento incontrollato, che coinvolse materiale proveniente dal disco protoplanetario in orbita attorno al Sole. Il pianeta presenta diverse caratteristiche chimiche uniche attribuibili alla sua posizione specifica all'interno del Sistema Solare. Gli elementi che possiedono punti di ebollizione relativamente bassi, inclusi cloro, fosforo e zolfo, sono considerevolmente più abbondanti su Marte che sulla Terra; si ipotizza che l'energico vento solare proveniente dal Sole nascente abbia spinto questi elementi verso l'esterno.
Bombardamento pesante tardivo
Dopo la formazione planetaria, il Sistema Solare interno potrebbe aver attraversato un periodo noto come Bombardamento Pesante Tardivo. Circa il 60% della superficie marziana conserva prove di impatti di quest’epoca, con vasti bacini di impatto sottostanti che probabilmente caratterizzano gran parte del terreno rimanente. Tuttavia, modelli recenti hanno contestato l’esistenza del bombardamento tardivo pesante. Prove significative indicano un immenso bacino da impatto nell'emisfero settentrionale di Marte, che misura 10.600 x 8.500 chilometri (6.600 x 5.300 mi). Questa struttura, circa quattro volte più grande del bacino del Polo Sud-Aitken della Luna, sarebbe il più grande bacino da impatto mai scoperto se la sua esistenza fosse confermata. Si ipotizza che questo bacino si sia formato circa quattro miliardi di anni fa quando Marte fu colpito da un corpo celeste delle dimensioni di Plutone. Si ritiene che questo evento catastrofico abbia causato la dicotomia emisferica marziana e creato il bacino liscio Borealis, che copre il 40% della superficie del pianeta.
Uno studio del 2023, basato sull'inclinazione orbitale di Deimos, una piccola luna marziana, fornisce prove che suggeriscono che Marte potrebbe aver posseduto un sistema di anelli tra 3,5 e 4 miliardi di anni fa. Si propone che questo ipotetico sistema di anelli si sia formato da una luna, venti volte più massiccia di Phobos, che orbitava attorno a Marte miliardi di anni fa, con Phobos stesso che rappresenta potenzialmente un residuo di questo antico anello.
Periodi geologici
Epoche:
La storia geologica di Marte è convenzionalmente divisa in diversi periodi, di cui i tre seguenti identificati come primari:
- Periodo noachiano: questo periodo, risalente a 4,5-3,5 miliardi di anni fa, segna la formazione delle più antiche superfici esistenti di Marte. I terreni dell'età noachiana sono ampiamente segnati da grandi crateri da impatto. Si ipotizza che durante quest'epoca si sia formato il rigonfiamento di Tharsis, un importante altopiano vulcanico, che nelle sue fasi successive fu caratterizzato anche da diffuse inondazioni da parte di acqua liquida. Il periodo deriva il suo nome da Noachis Terra.
- Periodo Esperiano: estendendosi da 3,5 miliardi di anni fa a 3,3 e 2,9 miliardi di anni fa, il periodo Esperiano è caratterizzato dalla formazione di estese pianure laviche. Prende il nome da Hesperia Planum.
- Periodo amazzonico: questo periodo va da 3,3 a 2,9 miliardi di anni fa fino ad oggi. Le regioni amazzoniche sono caratterizzate da una bassa densità di crateri da impatto di meteoriti ma presentano significative variazioni geologiche. L'Olympus Mons si formò durante quest'epoca, accompagnato da altre colate laviche su Marte. Il periodo prende il nome da Amazonis Planitia.
Attività geologica recente
L'attività geologica persiste su Marte. L'Athabasca Valles presenta colate laviche simili a lastre risalenti a circa 200 milioni di anni fa. Inoltre, i flussi d'acqua all'interno del Cerberus Fossae grabens si sono verificati meno di 20 milioni di anni fa, indicando recenti intrusioni vulcaniche. Anche il Mars Reconnaissance Orbiter ha catturato immagini di valanghe.
Caratteristiche fisiche
Marte ha circa la metà del diametro della Terra, o il doppio di quello della Luna, e la sua superficie è solo leggermente inferiore alla massa continentale secca totale della Terra. Marte è meno denso della Terra, possiede circa il 15% del volume terrestre e l'11% della sua massa, che si traduce in circa il 38% della gravità superficiale terrestre. Attualmente è l'unico esempio conosciuto di pianeta desertico, un corpo roccioso con una superficie analoga ai deserti terrestri. Il caratteristico aspetto rosso-arancione della superficie marziana è causato dall'ossido di ferro (III) (nanofase Fe2O3) e dal minerale goethite, ossido-idrossido di ferro (III). Anche se spesso assomigliano al caramello, altri colori di superficie comuni includono dorato, marrone, marrone chiaro e verdastro, a seconda dei minerali specifici presenti.
Struttura interna
Simile alla Terra, Marte è differenziato in un denso nucleo metallico ricoperto da strati rocciosi meno densi. Lo strato più esterno, la crosta, ha uno spessore medio di 42-56 chilometri (26-35 miglia), con un minimo di 6 chilometri (3,7 miglia) a Isidis Planitia e un massimo di 117 chilometri (73 miglia) nell'altopiano meridionale di Tharsis. A fini comparativi, la crosta terrestre ha uno spessore medio di 27,3 ± 4,8 km. Gli elementi più abbondanti all'interno della crosta marziana sono silicio, ossigeno, ferro, magnesio, alluminio, calcio e potassio. Si conferma che Marte è sismicamente attivo; nel 2019, è stato riferito che la missione InSight aveva rilevato e registrato oltre 450 martemoti ed eventi sismici correlati.
La crosta marziana è ricoperta da un mantello di silicato, che contribuisce in modo significativo alle caratteristiche tettoniche e vulcaniche della superficie del pianeta. All’interno del mantello marziano superiore esiste una zona a bassa velocità, caratterizzata da velocità delle onde sismiche ridotte rispetto agli intervalli di profondità adiacenti. Questo mantello mostra rigidità fino ad una profondità di circa 250 km, risultando in una litosfera considerevolmente più spessa di quella terrestre. Al di sotto di questo strato rigido, il mantello aumenta progressivamente in duttilità e successivamente aumentano le velocità delle onde sismiche. A differenza del mantello inferiore della Terra, il mantello marziano è privo di uno strato termicamente isolante; a profondità superiori a 1050 km, invece, la sua composizione mineralogica ricorda quella della zona di transizione terrestre. Uno strato basale di silicato liquido, spesso circa 150-180 km, è situato alla base del mantello. Il mantello marziano mostra una significativa eterogeneità, contenente frammenti densi fino a 4 km di diametro. Si pensa che questi frammenti siano stati introdotti nelle profondità del pianeta da immani impatti circa 4,5 miliardi di anni fa. Le osservazioni di otto martemoti hanno rivelato che le onde ad alta frequenza hanno rallentato attraversando queste regioni localizzate. La modellazione suggerisce che queste eterogeneità rappresentano detriti compositivamente distinti, preservati a causa dell'assenza di tettonica a placche su Marte e del suo interno convettivo lento, che impedisce la completa omogeneizzazione.
Marte possiede un nucleo di ferro e nichel che è almeno parzialmente fuso, con la potenziale presenza di un nucleo interno solido. Questo nucleo costituisce circa la metà del raggio di Marte, misurando tra 1650 e 1675 km, ed è caratterizzato da un arricchimento di elementi leggeri tra cui zolfo, ossigeno, carbonio e idrogeno. Si stima che le temperature interne siano comprese tra 2000 e 2400 K, significativamente inferiori ai 5400-6230 K registrati per il solido nucleo interno della Terra. L'esistenza di un solido nucleo interno all'interno di Marte rimane un'area attiva di ricerca scientifica. Un'indagine del 2023 che utilizzava i dati del lander InSight ha indicato l'assenza di un tale nucleo. Tuttavia, uno studio successivo del 2025, rianalizzando gli stessi dati, ha riportato il rilevamento di un nucleo interno solido con un raggio di 613 chilometri (381 mi) ± 67 chilometri (42 mi).
Geologia della superficie
Essendo un pianeta terrestre, Marte possiede una superficie composta da minerali contenenti silicio, ossigeno, metalli e altri comuni elementi che formano le rocce. La superficie marziana è costituita prevalentemente da basalto tholeiitico; tuttavia, alcune aree mostrano un contenuto di silice più elevato rispetto al tipico basalto, potenzialmente somigliante alle rocce andesitiche terrestri o al vetro di silice. Le regioni a bassa albedo indicano concentrazioni di feldspato plagioclasico, con le aree settentrionali a bassa albedo che mostrano specificamente livelli elevati di silicati in fogli e vetro ad alto contenuto di silicio. Quantità rilevabili di pirosseni ad alto contenuto di calcio sono presenti in porzioni degli altopiani meridionali. Inoltre, sono state identificate concentrazioni localizzate di ematite e olivina. Una parte significativa della superficie è ampiamente ricoperta da polvere di ossido di ferro (III) a grana fine.
I dati acquisiti dal lander Phoenix hanno rivelato che il suolo marziano è leggermente alcalino e contiene elementi come magnesio, sodio, potassio e cloro. Questi elementi, essenziali per la crescita delle piante, sono presenti anche nei terreni terrestri. Gli esperimenti sui lander hanno inoltre dimostrato che il suolo marziano presenta un pH basico di 7,7 e contiene lo 0,6% di perclorato in peso, concentrazioni considerate tossiche per l'uomo.
Striature lineari sono prevalenti su tutta la superficie marziana, con nuove formazioni frequentemente osservate sui ripidi pendii di crateri, avvallamenti e valli. Inizialmente scure, queste striature si schiariscono progressivamente nel tempo. Originati da piccoli punti, questi tratti possono estendersi per centinaia di metri. Le osservazioni indicano che spesso si conformano ai contorni di massi e altri ostacoli. Le ipotesi prevalenti suggeriscono che queste strisce rappresentino materiale sotterraneo più scuro esposto da valanghe di polvere brillante o da diavoli di polvere. Sono state proposte anche spiegazioni alternative, che comprendono meccanismi che coinvolgono l'acqua o addirittura la proliferazione di organismi.
I livelli medi di radiazione ambientale sulla superficie marziana sono di circa 0,64 millisievert al giorno, che è notevolmente inferiore agli 1,84 millisievert al giorno (o 22 millirad al giorno) sperimentati durante il transito da e verso Marte. Al contrario, i livelli di radiazione nell’orbita terrestre bassa, dove sono situate le stazioni spaziali, sono in media di circa 0,5 millisievert al giorno. Hellas Planitia registra la radiazione superficiale più bassa, circa 0,342 millisievert al giorno. All'interno di questa regione, i tubi di lava a sud-ovest di Hadriacus Mons potrebbero potenzialmente mostrare livelli fino a 0,064 millisievert al giorno, un valore paragonabile all'esposizione alle radiazioni durante i voli terrestri.
Caratteristiche magnetiche
Nonostante l'assenza di un campo magnetico globale strutturato su Marte, i dati osservativi indicano una magnetizzazione localizzata all'interno della crosta del pianeta, il che implica una storia di inversioni di polarità alternate nel suo antico campo dipolare. Questa firma paleomagnetica, presente nei minerali magneticamente suscettibili, somiglia alle bande alternate osservate sulla crosta oceanica terrestre. Un'ipotesi, inizialmente proposta nel 1999 e successivamente rivalutata nell'ottobre 2005 con i dati del Mars Global Surveyor, presuppone che queste bande magnetiche significhino un'attività tettonica a placche su Marte circa quattro miliardi di anni fa, precedente la cessazione della dinamo planetaria e la successiva dissipazione del campo magnetico del pianeta.
Geografia marziana e caratteristiche della superficie
Anche se riconosciuti principalmente per la loro cartografia lunare, Johann Heinrich von Mädler e Wilhelm Beer sono considerati gli areografi pionieristici. Il loro contributo iniziale prevedeva la conferma della permanenza della maggior parte delle caratteristiche della superficie marziana e il calcolo accurato del periodo di rotazione del pianeta. Nel 1840, Mädler sintetizzò un decennio di osservazioni per produrre la mappa inaugurale di Marte.
Le caratteristiche della superficie marziana derivano la loro nomenclatura da origini diverse. Le caratteristiche dell'albedo sono tipicamente designate con nomi della mitologia classica. I crateri che superano circa 50 chilometri di diametro prendono il nome in onore di scienziati, scrittori e altri individui deceduti che hanno portato avanti in modo significativo gli studi su Marte. Al contrario, ai crateri più piccoli vengono assegnati nomi di città e villaggi a livello globale con popolazioni inferiori a 100.000 abitanti. Ampie valli portano nomi derivati dai termini "Marte" o "stella" in diverse lingue, mentre le valli più piccole prendono il nome da fiumi terrestri.
Molte estese caratteristiche dell'albedo mantengono le loro designazioni storiche, sebbene queste siano spesso riviste per incorporare la comprensione contemporanea delle loro caratteristiche. Ad esempio, Nix Olympica (che significa "le nevi dell'Olimpo") è stato riclassificato come Olympus Mons ("Monte Olimpo"). Dalla Terra, la superficie marziana appare biforcata in due regioni distinte caratterizzate da albedo variabile. Le pianure più leggere, composte da polvere e sabbia ricche di ossidi di ferro rossastri, erano storicamente percepite come "continenti" marziani e di conseguenza denominate, ad esempio, Arabia Terra (terra d'Arabia) o Amazonis Planitia (pianura amazzonica). Al contrario, le caratteristiche più scure furono inizialmente interpretate come mari, portando a designazioni come Mare Erythraeum, Mare Sirenum e Aurorae Sinus. Syrtis Major Planum rappresenta la caratteristica oscura più importante osservabile dalla Terra. La calotta glaciale polare settentrionale permanente è denominata Planum Boreum, mentre la sua controparte meridionale è nota come Planum Australe.
Mentre l'equatore di Marte è definito in modo rotazionale, il suo primo meridiano, analogo al meridiano di Greenwich della Terra, è stato stabilito attraverso la selezione di un punto di riferimento arbitrario. Mädler e Beer inizialmente designarono una linea specifica per questo scopo nelle loro mappe marziane del 1830. Seguendo le immagini complete fornite dalla navicella spaziale Mariner 9 nel 1972, Merton E. Davies, Harold Masursky e Gérard de Vaucouleurs selezionarono un piccolo cratere, successivamente chiamato Airy-0 e situato all'interno del Sinus Meridiani ("Middle Bay" o "Meridian Bay"), per definire 0,0° di longitudine, allineandosi con il riferimento scelto in precedenza.
Data l'assenza di oceani e, di conseguenza, un "livello del mare" su Marte, una superficie ad elevazione zero, richiedeva la designazione come dato di riferimento. Questo riferimento è chiamato areoide di Marte, tracciando un'analogia con il geoide della Terra. L'altitudine zero è specificatamente definita come l'altitudine alla quale la pressione atmosferica misura 610,5 Pascal (6,105 millibar). Questo valore di pressione corrisponde al punto triplo dell'acqua e costituisce circa lo 0,6% della pressione superficiale a livello del mare della Terra (0,006 atmosfere).
Per scopi cartografici, lo United States Geological Survey suddivide la superficie marziana in trenta quadrangoli, ciascuno dei quali prende il nome da un'importante caratteristica dell'albedo classica all'interno dei suoi confini. Nell'aprile 2023, The New York Times ha documentato il rilascio di una mappa globale aggiornata di Marte, compilata a partire dalle immagini acquisite dalla navicella spaziale Hope. Allo stesso tempo, il 16 aprile 2023, la NASA ha pubblicato una mappa marziana globale molto più dettagliata.
Vulcanismo marziano
L'estesa regione montuosa di Tharsis ospita numerosi vulcani colossali, in particolare il vulcano a scudo Olympus Mons. Questo edificio vulcanico si estende per più di 600 km (370 mi) di larghezza. A causa delle sue immense dimensioni e delle intricate strutture marginali, determinarne con precisione l’altezza rappresenta una sfida. Il suo rilievo locale, misurato dalla base delle scogliere lungo il fianco nordoccidentale fino alla sommità, supera i 21 km (13 miglia), che è più del doppio dell'altezza del Mauna Kea se misurato dalla sua base oceanica. Il differenziale di elevazione totale dalle pianure dell'Amazzonia Planitia, situate oltre 1.000 km (620 mi) a nord-ovest, alla vetta si avvicina a 26 km (16 mi), circa tre volte l'altezza del Monte Everest, che misura poco più di 8,8 chilometri (5,5 mi). Di conseguenza, l'Olympus Mons è la montagna più alta o la seconda più alta del Sistema Solare; l'unico contendente conosciuto per una maggiore altezza è il picco Rheasilvia sull'asteroide Vesta, stimato a 20–25 km (12–16 mi).
Topografia di impatto
La topografia marziana mostra una sorprendente dicotomia: le pianure settentrionali, levigate dalle colate laviche, contrastano nettamente con gli altopiani meridionali, che sono ampiamente bucherellati e craterizzati da antichi impatti. Ipoteticamente, circa quattro miliardi di anni fa, l'emisfero settentrionale di Marte potrebbe essere stato colpito da un oggetto di dimensioni comprese tra un decimo e due terzi delle dimensioni della Luna terrestre. Se questa ipotesi dovesse rivelarsi accurata, l'emisfero settentrionale marziano ospiterebbe un cratere da impatto di 10.600 x 8.500 chilometri (6.600 x 5.300 miglia), un'area più o meno equivalente a Europa, Asia e Australia messe insieme, superando così Utopia Planitia e il bacino del Polo Sud della Luna – Aitken come il più grande cratere da impatto conosciuto nel Sistema Solare.
Marte porta le cicatrici di 43.000 crateri da impatto, ciascuno con un diametro di 5 chilometri (3,1 mi) o più. Il cratere esposto più importante è Hellas, che si estende per 2.300 chilometri (1.400 miglia) di larghezza e raggiunge i 7.000 metri (23.000 piedi) di profondità, presentando una caratteristica ad alto albedo distintamente osservabile dalla Terra. Ulteriori caratteristiche di impatto significative includono Argyre, di circa 1.800 chilometri (1.100 mi) di diametro, e Isidis, che misura circa 1.500 chilometri (930 mi) di diametro. A causa della sua massa e dimensione relativamente più piccole, Marte ha circa la metà della probabilità di eventi di impatto rispetto alla Terra. La sua vicinanza alla fascia degli asteroidi, tuttavia, aumenta la sua suscettibilità agli impatti dei materiali originari di lì. Inoltre, Marte è più frequentemente colpito da comete di breve periodo, cioè, quelle le cui orbite sono confinate all'interno di quella di Giove.
La morfologia di alcuni crateri marziani suggerisce che il materiale del sottosuolo si è saturato d'acqua in seguito all'impatto meteoritico.
Caratteristiche tettoniche
Valles Marineris, un immenso sistema di canyon (dal latino "Valli Marine", storicamente indicato anche come Agathodaemon sulle mappe dei canali più antiche), si estende per 4.000 chilometri (2.500 miglia) e raggiunge profondità fino a 7 chilometri (4,3 miglia). La sua lunghezza è paragonabile all'intero continente europeo, coprendo circa un quinto della circonferenza di Marte. Al contrario, il Grand Canyon terrestre misura solo 446 chilometri (277 miglia) di lunghezza e quasi 2 chilometri (1,2 miglia) di profondità. La formazione della Valles Marineris è attribuita al sollevamento della regione di Tharsis, che successivamente portò al collasso della crosta in prossimità del canyon. Una proposta del 2012 suggeriva che Valles Marineris funzioni non semplicemente come un graben, ma come un confine di placche che mostra 150 chilometri (93 miglia) di movimento trasversale, il che implica la potenziale esistenza di un sistema tettonico a due placche su Marte.
Caratteristiche del sottosuolo e grotte
I dati acquisiti dal Thermal Emission Imaging System (THEMIS) sull'orbiter Mars Odyssey della NASA hanno identificato sette potenziali ingressi di grotte situate sui fianchi del vulcano Arsia Mons. Queste grotte, informalmente denominate le "sette sorelle" e intitolate ai cari degli scopritori, rappresentano significative aperture nel sottosuolo. Gli ingressi a queste caverne variano da 100 a 252 metri (da 328 a 827 piedi) di larghezza, con profondità minime stimate da 73 a 96 metri (da 240 a 315 piedi). Dato che la luce solare non penetra nei pavimenti della maggior parte di queste grotte, la loro profondità effettiva potrebbe superare significativamente queste stime iniziali, espandendosi potenzialmente notevolmente sotto la superficie. L'unica eccezione è "Dena", il cui fondo è visibile ed è stato misurato ad una profondità di 130 metri (430 piedi). L'interno di queste formazioni sotterranee potrebbe offrire protezione da micrometeoroidi, radiazioni ultraviolette, eruzioni solari e particelle ad alta energia che colpiscono incessantemente la superficie marziana.
Altre caratteristiche geologiche
Atmosfera
Marte ha subito la perdita della sua magnetosfera circa 4 miliardi di anni fa, potenzialmente come conseguenza dell'impatto di numerosi asteroidi. Questa assenza consente al vento solare di interagire direttamente con la ionosfera marziana, riducendo così la densità atmosferica strappando atomi dallo strato esterno. Entrambe le missioni Mars Global Surveyor e Mars Express hanno rilevato particelle atmosferiche ionizzate che si dissipano nello spazio dietro Marte, un fenomeno attualmente oggetto di indagine da parte dell'orbiter MAVEN. Rispetto alla Terra, l’atmosfera marziana è notevolmente rarefatta. La pressione atmosferica superficiale varia attualmente da un minimo di 30 Pa (0,0044 psi) sull'Olympus Mons a oltre 1.155 Pa (0,1675 psi) su Hellas Planitia, con una pressione superficiale media di 600 Pa (0,087 psi). Il picco di densità atmosferica su Marte è equivalente a quello trovato ad un'altitudine di 35 chilometri (22 miglia) sopra la superficie terrestre. Di conseguenza, la pressione superficiale media costituisce solo lo 0,6% dei 101,3 kPa (14,69 psi) della Terra. L'altezza della scala atmosferica è di circa 10,8 chilometri (6,7 miglia), che supera i 6 chilometri (3,7 miglia) della Terra poiché la gravità superficiale di Marte è solo circa il 38% di quella terrestre.
L'atmosfera marziana è composta per circa il 96% da anidride carbonica, per l'1,93% da argon e per l'1,89% da azoto, insieme a tracce di ossigeno e acqua. Questa atmosfera è particolarmente polverosa e contiene particelle con un diametro di circa 1,5 μm, che conferiscono una colorazione fulva al cielo marziano se visto dalla superficie. Anche la presenza di particelle di ossido di ferro sospese può contribuire a una tonalità rosa.
Nonostante i rilevamenti ricorrenti di metano su Marte, un consenso scientifico definitivo sulla sua origine rimane sfuggente. Un'ipotesi suggerisce che il metano sia presente su Marte e presenti fluttuazioni stagionali nella concentrazione. L'esistenza del metano potrebbe derivare da processi non biologici, come la serpentinizzazione che coinvolge acqua, anidride carbonica e il minerale olivina, noto per essere prevalente su Marte, o in alternativa, dalla vita marziana esistente.
Rispetto alla Terra, la maggiore concentrazione di CO2 atmosferica e la minore pressione superficiale su Marte probabilmente contribuiscono a una maggiore attenuazione del suono, dove le fonti acustiche naturali sono scarse a parte il vento. L'analisi delle registrazioni acustiche raccolte dal rover Perseverance indica che la velocità del suono su Marte è di circa 240 m/s per le frequenze inferiori a 240 Hz e 250 m/s per le frequenze più alte.
Su Marte sono state osservate aurore. Data la mancanza di un campo magnetico globale su Marte, le caratteristiche e la distribuzione spaziale delle sue aurore differiscono da quelle sulla Terra; invece di essere prevalentemente confinata alle regioni polari, un’aurora marziana può comprendere l’intero pianeta. Nel settembre 2017, la NASA ha segnalato un raddoppio temporaneo dei livelli di radiazione sulla superficie marziana, correlato a un'aurora 25 volte più luminosa di qualsiasi altra registrata in precedenza, attribuita a un'intensa e inaspettata tempesta solare avvenuta a metà mese.
Clima
Marte sperimenta stagioni che si alternano tra i suoi emisferi settentrionale e meridionale, analogamente alla Terra. Inoltre, l'orbita di Marte possiede una maggiore eccentricità rispetto a quella della Terra, portando al perielio che si verifica durante l'estate dell'emisfero meridionale e l'inverno dell'emisfero settentrionale, e l'afelio che coincide con l'inverno dell'emisfero meridionale e l'estate dell'emisfero settentrionale. Di conseguenza, le stagioni dell'emisfero meridionale sono più estreme, mentre quelle dell'emisfero settentrionale sono più miti di quanto sarebbero altrimenti. Le temperature estive nel sud possono superare le equivalenti temperature estive settentrionali fino a 30 °C (54 °F).
Le temperature superficiali marziane fluttuano in modo significativo, spaziando da minime di circa -110 °C (-166 °F) a massime fino a 35 °C (95 °F) durante l'estate equatoriale. Questo notevole intervallo di temperature è attribuibile alla limitata capacità dell'atmosfera sottile di trattenere il calore solare, alla bassa pressione atmosferica (circa l'1% dell'atmosfera terrestre) e alla bassa inerzia termica del suolo marziano. Il pianeta è situato 1,52 volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra, il che corrisponde a solo il 43% dell'insolazione solare ricevuta dalla Terra.
Marte ospita le più grandi tempeste di polvere del Sistema Solare, con velocità del vento che superano i 160 km/h (100 mph). Queste tempeste possono variare in scala da eventi localizzati a sistemi colossali che avvolgono l’intero pianeta. Si manifestano tipicamente quando Marte è più vicino al Sole ed è stato dimostrato che aumentano le temperature globali. Inoltre, i processi stagionali portano alla formazione di coperture di ghiaccio secco sulle calotte polari.
Idrologia
Sebbene Marte possieda notevoli quantità di acqua, la maggior parte esiste sotto forma di ghiaccio d'acqua ricoperto di polvere all'interno delle sue calotte polari. Se il ghiaccio d'acqua nella calotta polare meridionale si sciogliesse, produrrebbe un volume sufficiente per inondare la maggior parte della superficie planetaria fino a una profondità di 11 metri (36 piedi).
L'acqua liquida non è in grado di persistere sulla superficie marziana a causa della pressione atmosferica estremamente bassa del pianeta, che costituisce meno dell'1% di quella terrestre. Solo nelle regioni topografiche più basse le condizioni di pressione e temperatura diventano adeguate per l'esistenza transitoria dell'acqua liquida.
Nonostante la presenza minima di acqua nell'atmosfera, è sufficiente per generare nuvole di ghiaccio d'acqua, varie forme di neve e gelo, spesso mescolati con neve ghiacciata secca di anidride carbonica.
Idrosfera Antica
Le caratteristiche geomorfologiche marziane forniscono prove convincenti dell'esistenza passata di acqua liquida sulla superficie del pianeta. Circa 25 estesi tratti lineari di terreno eroso, chiamati canali di deflusso, attraversano la superficie. Queste formazioni sono generalmente interpretate come residui erosivi derivanti dallo scarico catastrofico di acqua da falde acquifere sotterranee, sebbene ipotesi alternative propongano la loro origine da attività glaciale o vulcanica. Un esempio importante, Ma'adim Vallis, si estende per 700 chilometri (430 miglia) di lunghezza, superando significativamente il Grand Canyon, con una larghezza di 20 chilometri (12 miglia) e profondità localizzate che raggiungono i 2 chilometri (1,2 miglia). Si ritiene che questa caratteristica sia stata scolpita dall'acqua corrente durante le prime fasi della storia marziana. Si stima che il più recente di questi canali si sia formato solo pochi milioni di anni fa.
In altre regioni, in particolare nei più antichi terreni marziani, intricate reti di valli dendritiche sono ampiamente distribuite su porzioni sostanziali del paesaggio. Le caratteristiche morfologiche e la disposizione spaziale di queste valli suggeriscono fortemente la loro formazione attraverso il deflusso generato dalle precipitazioni nella prima storia marziana. Mentre il flusso dell'acqua sotterranea e il indebolimento delle acque sotterranee potrebbero aver contribuito come fattori secondari significativi in alcune reti, la precipitazione è considerata il meccanismo principale responsabile dell'incisione in quasi tutti i casi.
Migliaia di caratteristiche che ricordano i canaloni terrestri si osservano lungo le pareti dei crateri e dei canyon. Questi canaloni si trovano prevalentemente negli altopiani dell'emisfero meridionale, orientati verso l'equatore e situati a 30° di latitudine verso i poli. Diversi ricercatori propongono che il loro processo di formazione coinvolga acqua liquida, probabilmente derivata dallo scioglimento del ghiaccio, mentre altri sostengono che meccanismi coinvolgano il gelo di anidride carbonica o il trasporto di polvere secca. L'assenza di canaloni parzialmente degradati a causa degli agenti atmosferici e la mancanza di crateri da impatto sovrapposti suggeriscono che si tratti di strutture geologicamente recenti, potenzialmente rimaste attive. Ulteriori formazioni geologiche, inclusi delta e conoidi alluvionali conservati all'interno dei crateri, forniscono ulteriore conferma dei periodi di condizioni più calde e umide durante la storia antica di Marte. Queste condizioni richiedono intrinsecamente la presenza estesa di laghi craterici su una porzione significativa della superficie, un'ipotesi supportata da dati mineralogici, sedimentologici e geomorfologici indipendenti. Inoltre, il rilevamento di minerali specifici come l'ematite e la goethite, che tipicamente precipitano in presenza di acqua, offre ulteriori prove dell'esistenza passata di acqua liquida sulla superficie marziana.
Osservazioni storiche e scoperte di prove sull'acqua
Il rilevamento spettroscopico della firma chimica del vapore acqueo su Marte è stato stabilito inequivocabilmente per la prima volta nel 1963 utilizzando un telescopio terrestre. Nel 2004, il rover Opportunity ha identificato il minerale jarosite. La formazione della Jarosite avviene esclusivamente in ambienti acquosi acidi, indicando così la passata presenza di acqua su Marte. Il rover Spirit ha scoperto depositi concentrati di silice nel 2007, suggerendo condizioni storiche di umidità, e nel dicembre 2011, il rover Mars Opportunity della NASA ha individuato gesso, un altro minerale formatosi in presenza di acqua, sulla superficie. Il contenuto stimato di acqua nel mantello superiore di Marte, manifestato come ioni ossidrile all'interno dei minerali marziani, è paragonabile o superiore a quello della Terra, variando da 50 a 300 parti per milione di acqua, una quantità sufficiente a coprire l'intero pianeta fino a una profondità di 200–1.000 metri (660–3.280 piedi).
Il 18 marzo 2013, la NASA ha reso pubblici i risultati degli strumenti a bordo del rover Curiosity, che indicavano l'idratazione minerale, in particolare solfato di calcio idratato, all'interno di vari campioni di roccia. Questi campioni includevano frammenti delle rocce "Tintina" e "Sutton Inlier", insieme a vene e noduli in altre formazioni come le rocce "Knorr" e "Wernicke". La successiva analisi da parte dello strumento Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) del rover ha rivelato acqua sotterranea, con concentrazioni fino al 4% in massa, che si estende fino a una profondità di 60 centimetri (24 pollici). Queste prove sono state raccolte durante il viaggio del rover dal sito di Bradbury Landing alla regione di Yellowknife Bay all'interno del terreno di Glenelg. Nel settembre 2015, la NASA ha annunciato ulteriori prove sostanziali di flussi di salamoia idratata all'interno di linee di pendio ricorrenti, derivate da dati spettrometrici di aree di pendio oscurate. Queste strisce mostrano un flusso in discesa durante l'estate marziana, quando le temperature superano i -23 °C, e si solidificano a temperature più fredde. Queste osservazioni inizialmente corroborarono le ipotesi precedenti, basate sui tempi di formazione e sui tassi di crescita, suggerendo che queste strisce scure fossero causate dal flusso d'acqua sotterraneo. Tuttavia, ricerche successive hanno proposto che queste lineae potrebbero invece rappresentare flussi secchi e granulari, con l'acqua che gioca tutt'al più un ruolo minore nella loro formazione. Di conseguenza, una determinazione definitiva riguardante la presenza, l'estensione e la funzione dell'acqua liquida sulla superficie marziana rimane irrisolta.
Un'ipotesi prevalente tra i ricercatori postula che una parte significativa delle basse pianure settentrionali del pianeta un tempo fosse sommersa da un oceano profondo centinaia di metri, sebbene questa teoria continui a essere dibattuta. Nel marzo 2015, gli scienziati hanno stimato che un oceano marziano così antico avrebbe potuto rivaleggiare per dimensioni con l’Oceano Artico terrestre. Questa stima si basava sul confronto del rapporto protio-deuterio nell'atmosfera marziana contemporanea con quella della Terra. L'abbondanza di deuterio marziano osservata (D/H = 9,3 ± 1,7 10−4) è da cinque a sette volte maggiore di quella terrestre (D/H = 1,56 10−4), il che implica che l'antico Marte possedeva volumi d'acqua sostanzialmente più elevati. Dati precedenti del rover Curiosity avevano rilevato anche un elevato rapporto di deuterio all'interno del cratere Gale, sebbene non sufficientemente alto da indicare in modo definitivo un ex oceano. Tuttavia, altri scienziati consigliano cautela, sottolineando che questi risultati mancano di conferme indipendenti e che gli attuali modelli climatici marziani non dimostrano ancora condizioni passate abbastanza calde da sostenere estesi corpi d’acqua liquida. Adiacente alla calotta polare settentrionale si trova il cratere Korolev, largo 81,4 chilometri (50,6 miglia), che l'orbiter Mars Express ha identificato come contenente circa 2.200 chilometri cubi (530 miglia cubi) di ghiaccio d'acqua.
Nel novembre 2016, la NASA ha annunciato la scoperta di un sostanziale serbatoio di ghiaccio sotterraneo all'interno della regione di Utopia Planitia. Il volume stimato di quest'acqua rilevata è paragonabile a quello del Lago Superiore, che contiene 12.100 chilometri cubi. Inoltre, tra il 2018 e il 2021, l'ExoMars Trace Gas Orbiter ha identificato prove di acqua, probabilmente sotto forma di ghiaccio sotterraneo, all'interno del sistema di canyon Valles Marineris.
Movimento orbitale
Marte mantiene una distanza orbitale media di circa 230 milioni di chilometri (143 milioni di miglia) dal Sole, completando un'orbita in 687 giorni terrestri. Un giorno solare marziano, o sol, è leggermente più lungo di un giorno terrestre e dura 24 ore, 39 minuti e 35,244 secondi. Di conseguenza, un anno marziano equivale a 1,8809 anni terrestri, ovvero 1 anno, 320 giorni e 18,2 ore. La differenza di potenziale gravitazionale, e quindi il delta-v richiesto per il trasferimento interplanetario tra Marte e la Terra, è la seconda più bassa tra i corpi del sistema solare rispetto alla Terra.
Marte presenta un'inclinazione assiale di 25,19° rispetto al suo piano orbitale, un valore paragonabile all'inclinazione assiale della Terra. Questa somiglianza si traduce nella presenza di stagioni distinte su Marte, analoghe a quelle sulla Terra, anche se quasi il doppio della durata a causa del periodo orbitale esteso di Marte. Attualmente, il polo nord marziano è orientato in prossimità della stella Deneb.
Marte possiede un'eccentricità orbitale notevolmente pronunciata, circa 0,09, che è superata solo da Mercurio tra gli altri sette pianeti del Sistema Solare. I dati astronomici storici indicano che in passato l'orbita di Marte era considerevolmente più circolare. Ad esempio, 1,35 milioni di anni terrestri fa, la sua eccentricità era di circa 0,002, significativamente inferiore all'attuale eccentricità della Terra. Il ciclo dell'eccentricità orbitale di Marte copre 96.000 anni terrestri, in contrasto con il ciclo di 100.000 anni della Terra.
L'avvicinamento più vicino di Marte alla Terra, noto come opposizione, avviene entro un periodo sinodico di 779,94 giorni. Questo fenomeno non dovrebbe essere confuso con la congiunzione di Marte, che descrive una configurazione in cui la Terra e Marte sono posizionati su lati opposti del Sistema Solare, formando un allineamento collineare con il Sole. Mentre l'intervallo medio tra le successive opposizioni marziane, il suo periodo sinodico, è di 780 giorni, la durata effettiva può variare da 764 a 812 giorni. La distanza durante questi avvicinamenti ravvicinati varia da circa 54 a 103 milioni di km (da 34 a 64 milioni di mi), una variabilità attribuita alla natura ellittica delle orbite di entrambi i pianeti, che influenza di conseguenza la loro dimensione angolare apparente. Al contrario, alla loro massima separazione, Marte e la Terra possono trovarsi a una distanza massima di 401 milioni di km (249 milioni di mi) l'uno dall'altro. L'opposizione marziana rispetto alla Terra si verifica circa ogni 2,1 anni. In particolare, le opposizioni coincidenti con il perielio di Marte si sono verificate nel 2003, 2018 e 2035, con gli eventi del 2020 e del 2033 che hanno mostrato una vicinanza particolarmente stretta all'opposizione perielica.
Marte mostra una magnitudine apparente media di +0,71, con una deviazione standard di 1,05. A causa dell'eccentricità dell'orbita di Marte, la sua magnitudine durante l'opposizione al Sole può variare tra circa −3,0 e −1,4. La luminosità minima del pianeta, registrata alla magnitudine +1,86, si verifica quando è vicino all'afelio e in congiunzione con il Sole. Quando è più luminoso, Marte, insieme a Giove, è secondo solo a Venere in termini di luminosità apparente. Tipicamente, Marte presenta una distinta tonalità gialla, arancione o rossa. Alla sua massima distanza dalla Terra, Marte è oltre sette volte più remoto che durante il suo avvicinamento più vicino. Le condizioni di osservazione ottimali per Marte, caratterizzate dalla sua vicinanza, si verificano generalmente una o due volte entro cicli di 15 o 17 anni. Anche durante gli avvicinamenti più ravvicinati alla Terra e a Marte, i telescopi ottici terrestri sono generalmente costretti a risolvere caratteristiche di circa 300 chilometri (190 miglia), principalmente a causa dell'interferenza atmosferica sulla Terra.
Quando si avvicina all'opposizione, Marte avvia una fase di movimento retrogrado, durante la quale sembra spostarsi all'indietro in una traiettoria ad anello rispetto al campo stellare di fondo. Questo periodo retrogrado si estende per circa 72 giorni, con Marte che raggiunge la sua massima luminosità apparente a metà di questo intervallo.
Satelliti
Marte possiede due satelliti naturali relativamente piccoli, Phobos (circa 22 km (14 mi) di diametro) e Deimos (circa 12 km (7,5 mi) di diametro), che orbitano attorno al pianeta a distanze di 9.376 km (5.826 mi) e 23.460 km (14.580 mi), rispettivamente. La genesi di queste lune rimane incerta, anche se un'ipotesi prevalente postula la loro origine come asteroidi catturati gravitazionalmente nell'orbita marziana.
Questi due satelliti furono scoperti nel 1877 da Asaph Hall e successivamente chiamati in onore dei mitologici gemelli greci Phobos (la personificazione del panico e della paura) e Deimos (la personificazione del terrore e del terrore), che servivano come compagni di combattimento del padre Ares, il dio della guerra. Marte, la divinità romana, è la controparte del greco Ares. Nel greco contemporaneo, il pianeta continua a essere indicato con la sua antica designazione, Ares (Aris: Άρης).
Osservate dalla superficie marziana, le dinamiche orbitali di Phobos e Deimos divergono significativamente da quelle della Luna terrestre. Phobos mostra un movimento anomalo, sorgendo a ovest, tramontando a est e riapparendo in un intervallo di sole 11 ore. Deimos, posizionato appena oltre un'orbita sincrona – uno stato in cui il suo periodo orbitale si allineerebbe con il periodo di rotazione del pianeta – ascende in modo prevedibile a est, anche se a un ritmo ridotto. Dato che l'orbita di Phobos si trova al di sotto di un'altitudine sincrona, le forze di marea marziane stanno progressivamente diminuendo il suo raggio orbitale. Si prevede che entro circa 50 milioni di anni Phobos colpirà la superficie marziana o si disintegrerà, formando un sistema di anelli attorno al pianeta.
La genesi di questi due satelliti rimane ancora non completamente compresa. La loro bassa albedo e la composizione, caratteristica delle condriti carboniose, sono state interpretate come indicative di origini asteroidali, dando così credito a un'ipotesi di cattura. L'orbita intrinsecamente instabile di Phobos suggerisce inoltre un evento di cattura relativamente recente. Tuttavia, entrambi i satelliti mantengono orbite circolari in prossimità dell’equatore marziano, una configurazione atipica per i corpi catturati, e le dinamiche di cattura richieste sono intrinsecamente complesse. Sebbene l’accrescimento durante le prime fasi della storia marziana presenti un meccanismo di formazione plausibile, non spiegherebbe adeguatamente una composizione più simile agli asteroidi che a Marte stesso, assumendo che tale somiglianza compositiva sia comprovata. Inoltre, si ipotizza che Marte possieda lune da scoprire, potenzialmente di diametro compreso tra 50 e 100 metri (da 160 a 330 piedi), e si prevede che un anello di polvere risieda nella regione orbitale tra Phobos e Deimos.
Una terza ipotesi riguardante la loro origine come satelliti marziani prevede la partecipazione di un corpo celeste aggiuntivo o una forma di interruzione da impatto. Prove più recenti, che indicano che Phobos possiede un interno altamente poroso e una composizione principalmente di fillosilicati e altri minerali trovati su Marte, suggeriscono che Phobos abbia avuto origine da materiale espulso da un impatto marziano che successivamente si è riaccresciuto in orbita, rispecchiando la teoria prevalente per la Luna terrestre. Mentre gli spettri visibili e del vicino infrarosso (VNIR) delle lune di Marte assomigliano a quelli degli asteroidi della fascia esterna, gli spettri dell'infrarosso termico di Phobos sono stati segnalati come incoerenti con qualsiasi classe di condriti. In alternativa, Phobos e Deimos potrebbero rappresentare frammenti di una luna più antica e più grande, formata da detriti in seguito a un impatto significativo su Marte, che fu poi distrutta da un impatto più recente su quel satellite.
Più recentemente, uno studio di ricerca multinazionale ha proposto l'esistenza passata di una luna perduta, stimata essere almeno quindici volte più grande di Phobos. Attraverso l'analisi delle formazioni geologiche su Marte indicative dei processi di marea, si ipotizza che queste maree potrebbero essere state regolate da questa antica luna.
Osservazioni ed esplorazioni umane
La documentazione storica delle osservazioni marziane è caratterizzata da opposizioni, periodi in cui il pianeta è più vicino alla Terra e quindi più facilmente visibile, che si verificano circa ogni due anni. Particolarmente degne di nota sono le opposizioni perieliche, caratterizzate dalla vicinanza di Marte al suo perielio, che si traduce in un avvicinamento ancora più vicino alla Terra.
Osservazioni antiche
Gli antichi Sumeri designavano Marte come Nergal, la divinità della guerra e della peste. Durante l'era sumera, Nergal aveva un significato minore, ma in periodi successivi il suo centro di culto principale fu stabilito a Ninive. I testi mesopotamici identificano Marte come la "stella del giudizio sulla sorte dei morti". Gli antichi astronomi egiziani documentarono anche Marte come un oggetto celeste errante e nel 1534 a.C. avevano riconosciuto il movimento retrogrado del pianeta. Durante l'impero neobabilonese, gli astronomi babilonesi registrarono meticolosamente le posizioni dei pianeti e osservarono sistematicamente il loro comportamento. Per Marte, hanno determinato che il pianeta completava 37 periodi sinodici, o 42 circuiti dello zodiaco, ogni 79 anni, e hanno sviluppato metodi aritmetici per correzioni minori alle posizioni planetarie previste. Nell'antica Grecia, il pianeta era conosciuto come Πυρόεις. L'appellativo greco comune per il pianeta ora identificato come Marte era Ares. Successivamente i romani gli diedero il nome Marte, in onore del loro dio della guerra, spesso simboleggiato dalla spada e dallo scudo associati all'omonimo pianeta.
Nel IV secolo a.C., Aristotele osservò un'occultazione di Marte da parte della Luna, deducendo che il pianeta fosse situato a una distanza maggiore. Tolomeo, uno studioso greco residente ad Alessandria, tentò di modellare il movimento orbitale di Marte. Il modello astronomico di Tolomeo e la sua opera completa furono raccolti in una raccolta in più volumi chiamata in seguito Almagesto (derivato dall'arabo per "il più grande"), che servì come trattato autorevole sull'astronomia occidentale per i successivi quattordici secoli. L'antica letteratura cinese conferma che Marte fu riconosciuto dagli astronomi cinesi non più tardi del IV secolo a.C. Nelle culture dell'Asia orientale, Marte è convenzionalmente definito la "stella del fuoco" (火星), in linea con il sistema Wuxing.
Osservazioni della prima età moderna
Nel 1609, Giovanni Keplero pubblicò un'indagine decennale sull'orbita marziana, utilizzando le misurazioni di Tycho Brahe della parallasse diurna di Marte per stabilire un calcolo preliminare della distanza relativa del pianeta. Dalle osservazioni di Marte di Brahe, Keplero dedusse che il pianeta percorreva un percorso ellittico, anziché circolare, attorno al Sole. Inoltre, Keplero dimostrò che la velocità orbitale di Marte aumentava quando si avvicinava al Sole e diminuiva quando si allontanava, un fenomeno successivamente chiarito dai fisici come manifestazione della conservazione del momento angolare.
L'applicazione astronomica iniziale di un telescopio, comprendente le osservazioni di Marte, fu condotta dall'astronomo italiano Galileo Galilei nel 1610. Successivamente, la parallasse diurna di Marte fu rimisurata utilizzando un telescopio per accertare la distanza Sole-Terra, un'impresa compiuta per la prima volta da Giovanni Domenico Cassini nel 1672. Tuttavia, la precisione di queste prime misurazioni della parallasse era limitata dalla qualità rudimentale delle misurazioni disponibili strumentazione. In particolare, l'unica occultazione registrata di Marte da parte di Venere avvenne il 13 ottobre 1590 e fu osservata da Michael Maestlin a Heidelberg.
"Canali" marziani
Durante il 19° secolo, i progressi nella risoluzione dei telescopi hanno consentito l'identificazione delle caratteristiche della superficie marziana. Un'opposizione perielica di Marte emerse il 5 settembre 1877, spingendo l'astronomo italiano Giovanni Schiaparelli a utilizzare un telescopio da 22 centimetri (8,7 pollici) a Milano per la creazione della prima mappa completa di Marte. Questa mappa raffigurava in modo evidente le caratteristiche da lui designate come canali, che, a parte il canyon naturale Valles Marineris, furono successivamente determinate come illusioni ottiche. Questi presunti canali furono descritti come estese formazioni lineari sulla superficie marziana, alle quali Schiaparelli assegnò nomi di importanti fiumi terrestri. Sebbene il suo termine originale significhi "canali" o "solchi", in inglese è stato ampiamente e imprecisamente reso con "canali".
Ispirato da queste osservazioni, l'orientalista Percival Lowell creò un osservatorio dotato di telescopi da 30 e 45 centimetri (12 e 18 pollici). Questa struttura fu dedicata all'esplorazione marziana durante l'opposizione ottimale del 1894 e i successivi allineamenti meno favorevoli. Lowell è autore di numerosi libri influenti su Marte e sulla potenziale vita extraterrestre, che hanno avuto un impatto significativo sulla percezione del pubblico. I canali furono segnalati anche indipendentemente da altri astronomi, tra cui Henri Joseph Perrotin e Louis Thollon a Nizza, che impiegarono uno dei più grandi telescopi dell'epoca.
Le variazioni stagionali osservate, caratterizzate dalla recessione delle calotte polari e dall'emergere di regioni oscure durante le estati marziane, insieme alla presenza di "canali", alimentarono ampie speculazioni sulla vita su Marte. Per un lungo periodo si credette ampiamente che Marte ospitasse vasti mari e vegetazione. Tuttavia, con l'impiego di telescopi progressivamente più grandi, il numero di canali lunghi e diritti osservati è diminuito. In particolare, durante le osservazioni di Antoniadi nel 1909 utilizzando un telescopio da 84 centimetri (33 pollici), furono identificati modelli superficiali irregolari, ma non erano distinguibili canali.
Esplorazione iniziale del veicolo spaziale
Mars 1 dell'Unione Sovietica rappresentò la prima navicella spaziale lanciata dalla Terra destinata a Marte, eseguendo un sorvolo nel 1963, anche se la comunicazione fu persa durante il suo transito. Successivamente, il Mariner 4 della NASA è diventato il primo veicolo spaziale a trasmettere con successo dati da Marte. Lanciato il 28 novembre 1964, raggiunse il suo avvicinamento planetario più vicino il 15 luglio 1965. Mariner 4 identificò una debole fascia di radiazioni marziane, circa lo 0,1% più potente di quella terrestre, e acquisì le prime immagini dello spazio profondo di un altro pianeta.
L'arrivo dei veicoli spaziali su Marte negli anni '60 e '70 mise radicalmente in discussione numerose preesistenti percezioni del pianeta. In seguito ai risultati degli esperimenti di rilevamento della vita Viking, il consenso scientifico prevalente si è spostato verso l'ipotesi di un pianeta geologicamente inattivo. I dati acquisiti da Mariner 9 e Viking hanno facilitato la creazione di mappe marziane più accurate.
Ripresa dell'esplorazione
Tra la chiusura della Viking 1 nel 1982 e il 1997, Marte è stata la destinazione di sole tre sonde senza successo: Phobos 1 (1988) e Mars Observer (1993), che hanno effettuato sorvoli senza stabilire un contatto, e Phobos 2 (1989), che ha subito un malfunzionamento orbitale prima di raggiungere il suo obiettivo previsto, Phobos.
Nel 1997, Mars Pathfinder si è distinto come la prima missione rover riuscita oltre la Luna. Questa missione, insieme al Mars Global Surveyor (operativo fino alla fine del 2006), ha avviato una presenza robotica continua e attiva su Marte che persiste fino ai giorni nostri. Queste missioni hanno generato mappe complete e altamente dettagliate della topografia marziana, del suo campo magnetico e della composizione minerale della superficie.
In seguito a queste missioni pionieristiche, una vasta gamma di veicoli spaziali avanzati senza equipaggio, comprendenti orbiter, lander e rover, sono stati inviati su Marte. Missioni di successo sono state condotte dalla NASA (Stati Uniti), JAXA (Giappone), ESA, Regno Unito, ISRO (India), Roscosmos (Russia), Emirati Arabi Uniti e CNSA (Cina). Questi sforzi mirano a studiare la superficie, il clima e la geologia del pianeta, chiarendo così le componenti storiche e i processi dinamici dell'idrosfera marziana, nonché potenziali prove di vita antica.
Missioni in corso
A partire dal 2023, Marte ospiterà dieci veicoli spaziali operativi.
Attualmente, otto veicoli spaziali operativi sono in orbita attorno a Marte: 2001 Mars Odyssey, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, ExoMars Trace Gas Orbiter, l'orbiter Hope e Tianwen-1 orbiter.
Inoltre, sulla superficie marziana sono attivi due rover: il Mars Science Laboratory Curiosity e il Perseverance.
Le mappe marziane complete sono accessibili online attraverso varie piattaforme, come Google Mars. La NASA offre due risorse digitali dedicate: Mars Trek, che presenta visualizzazioni planetarie derivate da cinquant'anni di dati esplorativi, e Experience Curiosity, una simulazione interattiva che consente agli utenti di esplorare Marte in 3D con il rover Curiosity.
Missioni future
Le prossime missioni rivolte a Marte comprendono:
- La navicella spaziale EscaPADE della NASA, il cui lancio è previsto per il 13 novembre 2025.
- La missione del rover Rosalind Franklin, progettata per rilevare prove di vita antica, inizialmente prevedeva un lancio nel 2018, ma ha subito diversi rinvii, con il primo lancio previsto ora fissato per il 2028. L'iniziativa ha ricevuto finanziamenti rinnovati ed è stata riavviata nel 2024.
- Un concetto di missione collaborativa NASA-ESA, incentrato sul recupero di campioni marziani, è attualmente previsto per un lancio nel 2026.
- Il lancio della missione cinese Tianwen-3, progettata per la restituzione di campioni, è previsto nel 2028 o nel 2030.
Nel febbraio 2024, i detriti accumulati da tali missioni superavano le sette tonnellate, comprendendo principalmente veicoli spaziali precipitati e defunti insieme a componenti gettati in mare.
Nell'aprile 2024, la NASA ha incaricato diverse entità commerciali di condurre studi sulla fornitura di servizi che avrebbero fatto avanzare le attività scientifiche robotiche su Marte. Le aree di interesse principale comprendono le infrastrutture di telecomunicazioni, il trasporto di carichi utili e le capacità di imaging di superficie.
Abitabilità e potenziale per l'abitazione umana
Alla fine del XIX secolo, la comunità astronomica presumeva in gran parte che Marte possedesse attributi favorevoli alla vita, come l'ossigeno e l'acqua. Tuttavia, nel 1894, W. W. Campbell del Lick Observatory riferì che "se nell'atmosfera di Marte sono presenti vapore acqueo o ossigeno, le quantità sono troppo piccole per essere rilevate dagli spettroscopi allora disponibili". Questa scoperta ha messo in discussione numerose misurazioni contemporanee e inizialmente ha incontrato scetticismo. Campbell e V. M. Slipher replicarono l'indagine nel 1909, impiegando strumentazione migliorata, ma arrivarono a conclusioni identiche. L'idea prevalente di un'abitabilità di Marte simile alla Terra non fu definitivamente smentita finché W. S. Adams non confermò queste scoperte nel 1925. Nonostante ciò, le pubblicazioni riguardanti la biologia marziana persistettero negli anni '60, spesso attribuendo i cambiamenti stagionali marziani a processi biologici piuttosto che a spiegazioni alternative.
Comprensione scientifica contemporanea dell'abitabilità planetaria, definita come la capacità di un mondo di favorire condizioni ambientali favorevoli alla genesi di la vita: dà priorità ai pianeti dotati di acqua liquida superficiale. Ciò richiede tipicamente un'orbita planetaria all'interno della zona abitabile, che per il Sole si stima si estenda dall'orbita terrestre fino a circa quella di Marte. Mentre Marte entra brevemente in questa zona durante il perielio, la sua atmosfera tenue e a bassa pressione preclude la presenza prolungata di acqua liquida su vaste aree. Le prove storiche del flusso di acqua liquida su Marte indicano il suo passato potenziale di abitabilità. Tuttavia, scoperte recenti suggeriscono che l'acqua superficiale marziana esistente potrebbe essere stata eccessivamente salina e acida per sostenere le tipiche forme di vita terrestre.
Le condizioni ambientali marziane presentano ostacoli significativi al sostentamento della vita organica. Il pianeta mostra un trasferimento di calore minimo attraverso la sua superficie, possiede una schermatura inadeguata contro il bombardamento del vento solare a causa dell'assenza di una magnetosfera e non ha una pressione atmosferica sufficiente per mantenere l'acqua allo stato liquido, facendola sublimare direttamente in gas. Marte sembra essere in gran parte, se non del tutto, geologicamente inerte; la cessazione dell'attività vulcanica ha apparentemente fermato il cruciale riciclaggio di sostanze chimiche e minerali tra la superficie e l'interno del pianeta.
Le prove planetarie indicano che Marte un tempo era sostanzialmente più favorevole alla vita rispetto al suo stato attuale; tuttavia, l'esistenza passata degli organismi viventi rimane una questione irrisolta. Le sonde Viking della metà degli anni '70 condussero esperimenti volti a identificare i microrganismi nel suolo marziano nei rispettivi siti di atterraggio e fornirono indicazioni positive, come un aumento transitorio nella generazione di CO§34§ in seguito all'esposizione ad acqua e soluzioni nutritive. Questi primi risultati sono stati successivamente contestati dalla comunità scientifica, avviando un discorso tuttora in corso. In particolare, lo scienziato della NASA Gilbert Levin sostiene che le missioni Viking potrebbero effettivamente aver rilevato attività biologica. Un esame del 2014 del meteorite marziano EETA79001 ha rivelato ioni clorato, perclorato e nitrato presenti in concentrazioni sufficientemente elevate da implicare la loro distribuzione pervasiva su Marte. Le radiazioni ultraviolette e i raggi X convertirebbero questi ioni clorato e perclorato in composti ossiclorati altamente reattivi, suggerendo così che qualsiasi molecola organica esistente richiederebbe il seppellimento nel sottosuolo per la conservazione.
Il rilevamento di tracce di metano e formaldeide da parte dei veicoli orbitanti su Marte è stato ipotizzato come potenziale prova di processi biologici, data la rapida degradazione di questi composti chimici all'interno dell'atmosfera marziana. Al contrario, questi composti potrebbero essere continuamente rigenerati attraverso l’attività vulcanica o altri meccanismi geologici, come la serpentinizzazione. All’interno dei crateri da impatto marziani è stato identificato anche il vetro da impatto, un materiale generato dagli impatti meteoritici e noto sulla Terra per la sua capacità di preservare le biofirme. Allo stesso modo, questo vetro da impatto su Marte potrebbe aver potenzialmente incapsulato prove di vita, presupponendo la sua presenza nel luogo dell'impatto.
Nel giugno 2024, la roccia di Cheyava Falls, identificata su Marte, è stata classificata dalla NASA come una "potenziale firma biologica". Il rover Perseverance ha successivamente acquisito un carotaggio per un potenziale trasporto sulla Terra e un'analisi completa. Sebbene estremamente convincenti, i dati esistenti precludono una determinazione conclusiva riguardo alla genesi biologica o abiotica della roccia.
Proposte per missioni umane
Sono state avanzate numerose proposte per missioni con equipaggio su Marte; tuttavia, nessuno è stato ancora realizzato. Il NASA Authorization Act del 2017 ha imposto uno studio di fattibilità per una missione su Marte con equipaggio all’inizio degli anni 2030, che successivamente ha stabilito che tale sforzo era impraticabile. Inoltre, nel 2021, la Cina ha articolato i piani per una missione su Marte con equipaggio destinata al 2033. Enti privati, tra cui SpaceX, hanno avviato iniziative simili per spedizioni umane su Marte, con l’obiettivo finale di un insediamento planetario. Entro il 2024, SpaceX aveva portato avanti lo sviluppo del suo veicolo di lancio Starship, progettato specificamente per la colonizzazione di Marte. Secondo i piani diffusi dalla società nell’aprile 2024, Elon Musk prevede la creazione di una colonia marziana entro i prossimi due decenni. Questa ambiziosa impresa si baserebbe sulla produzione di massa di veicoli Starship, sul supporto logistico iniziale dalla Terra e sull'implementazione dell'utilizzo delle risorse in situ su Marte, puntando in definitiva alla completa autosufficienza della colonia. Si prevede che le potenziali missioni umane su Marte si allineeranno alla finestra di lancio ottimale, che ricorre circa ogni 26 mesi. Phobos, una delle lune di Marte, è stata suggerita come potenziale ancoraggio per un ascensore spaziale. Oltre alle agenzie spaziali governative e alle aziende aerospaziali private, organizzazioni come The Mars Society e The Planetary Society sostengono attivamente l'esplorazione umana di Marte.
Significato culturale
Marte deriva il suo nome dal dio romano della guerra (Ares nella mitologia greca) ed era inoltre collegato al semidio Eracle (Ercole romano) dagli antichi astronomi greci, come documentato da Aristotele. Questa associazione marziale di Marte ha origine almeno dall'astronomia babilonese, dove il pianeta veniva designato in onore di Nergal, la divinità della guerra e della distruzione. Questa connessione tematica è sopravvissuta nella cultura contemporanea, in particolare esemplificata dalla suite orchestrale di Gustav Holst The Planets, in cui il primo movimento prominente caratterizza Marte come "Il portatore di guerra". Il simbolo astronomico del pianeta, raffigurante un cerchio con una lancia rivolta verso l'alto a destra, serve anche come rappresentazione convenzionale per il genere maschile. La provenienza di questo simbolo si estende almeno fino all'XI secolo, con un potenziale precursore identificato nei papiri greci Oxyrhynchus.
Durante la fine del XIX secolo, il concetto che Marte fosse abitato da esseri intelligenti guadagnò notevole popolarità. Le osservazioni di Schiaparelli sui "canali", insieme agli estesi scritti di Percival Lowell, hanno reso popolare la percezione di Marte come un pianeta in via di essiccazione, raffreddamento e moribondo, sede di antiche civiltà impegnate nella costruzione di elaborati sistemi di irrigazione. Numerose altre osservazioni e dichiarazioni di figure di spicco alimentarono ulteriormente quella che divenne nota come “febbre di Marte”. La mappatura contemporanea ad alta risoluzione della superficie marziana non ha prodotto prove di strutture o abitazioni artificiali; tuttavia, persistono congetture pseudoscientifiche sulla vita marziana intelligente. Facendo eco alle osservazioni dei canali, queste speculazioni spesso derivano da interpretazioni di caratteristiche su piccola scala identificate nelle immagini dei veicoli spaziali, comprese le presunte "piramidi" e la "Faccia su Marte". L'astronomo planetario Carl Sagan, nella sua opera Cosmos, ha articolato questo fenomeno, affermando: "Marte è diventato una sorta di arena mitica su cui abbiamo proiettato le nostre speranze e paure terrene."
La rappresentazione di Marte nelle narrazioni di fantasia è stata significativamente influenzata dalla sua caratteristica tonalità rossa e dalle ipotesi scientifiche del XIX secolo che suggerivano che le sue condizioni superficiali potrebbero sostenere non solo la vita ma anche civiltà intelligenti. Questo terreno fertile ha portato a numerose opere di fantascienza che esplorano questi temi, tra cui La guerra dei mondi di H. G. Wells, in cui i marziani tentano di fuggire dal loro mondo morente invadendo la Terra; The Martian Chronicles di Ray Bradbury, che descrive esploratori umani che sradicano inavvertitamente una civiltà marziana; la serie Barsoom di Edgar Rice Burroughs; il romanzo di C. S. Lewis del 1938 Fuori dal pianeta silenzioso; e diversi racconti di Robert A. Heinlein pubblicati prima della metà degli anni '60. Successivamente, le rappresentazioni marziane si espansero nei media animati. Marvin il marziano, un personaggio comico intelligente, ha debuttato in Haredevil Hare (1948) all'interno dei cartoni animati Looney Tunes della Warner Brothers e da allora ha mantenuto un ruolo di primo piano nella cultura popolare. In seguito ai dati restituiti dalle navicelle Mariner e Viking, che raffiguravano Marte come un mondo arido privo di canali, le precedenti nozioni sul pianeta furono in gran parte scartate. Sebbene queste nuove scoperte scientifiche rappresentassero inizialmente un limite creativo per molti scrittori di fantascienza, la comprensione post-Vichinga di Marte alla fine servì come nuova fonte di ispirazione per opere come la trilogia Marte di Kim Stanley Robinson.
Astronomia su Marte
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- Contorno di Marte – Una panoramica completa e una guida tematica al pianeta Marte.
- Elenco delle missioni su Marte
- Campo magnetico di Marte – Caratteristiche storiche del campo magnetico del pianeta Marte.
- Mineralogia di Marte
Note
Riferimenti
Weinersmith, K., & Weinersmith, Z. (2023). Una città su Marte: possiamo sistemare lo spazio, dovremmo sistemare lo spazio, e ci abbiamo davvero pensato?. New York: Penguin Press. ISBN 978-1-9848-8172-4.
- Weinersmith K, Weinersmith Z (2023). Una città su Marte: possiamo sistemare lo spazio, dovremmo sistemare lo spazio, e ci abbiamo davvero pensato bene?. New York: Penguin Press. ISBN 978-1-9848-8172-4.Shindell, M. (2023). For the love of Mars: A human History of the Red Planet. Chicago; Londra: The University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-82189-4.
- Mars Trek, un browser di mappe integrato di mappe e set di dati per Marte
- Prima immagine televisiva di Marte (15 luglio 1965), CNN News; 15 luglio 2023