Marte è il quarto pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. Si classifica come un pianeta terrestre che presenta un'atmosfera molto rarefatta, temperature medie superficiali comprese tra -140° e 20° C e dimensioni assai ridotte (il diametro è circa la metà di quella della Terra).
Marte assomiglia alla Terra più di qualsiasi altro pianeta: sono infatti simili a quelle terrestri l'inclinazione dell'asse di rotazione e la durata del giorno, inoltre la sua superficie presenta formazioni vulcaniche, valli, calotte polari e deserti. Tuttavia essa è anche segnata da numerosi crateri di meteoriti, quasi al pari della nostra Luna. Il pianeta è inoltre sede dell'Olympus Mons, il vulcano più grande del Sistema Solare con un'altitudine di 27 km, e della Valles Marineris, il canyon più esteso. Nel giugno 2008 la rivista Nature ha esposto le prove di un enorme cratere sull'emisfero boreale circa quattro volte più grande del cratere chiamato il Bacino Polo Sud-Aitken.
Fino al 1965, Marte appariva all'osservazione astronomica come un mondo coperto da oceani e continenti, proprio come la Terra, sul quale sarebbe stato possibile trovare la vita. Questo era dovuto alle periodiche variazioni di luce e ombra visibili dai telescopi. La missione del Mariner 4 confutò queste teorie mostrandoci un pianeta desertico e arido. La speranza che Marte possa accogliere la vita però tornò quando il modulo Phoenix scoprì dell'acqua sotto forma di ghiaccio, il 31 luglio 2008. Attualmente sono tre i satelliti artificiali funzionanti che orbitano attorno a Marte: il Mars Odyssey, il Mars Express e il Mars Reconnaissance Orbiter. Il lander Phoenix ha recentemente concluso la sua missione di studio della geologia marziana e ha fornito le prove dell'esistenza di acqua allo stato liquido in passato su ampie zone della superficie. Inoltre ha testimoniato l'avvenimento nell'ultimo decennio di flussi d'acqua sempre sulla superficie simili a geyser[. Osservazioni da parte del Mars Global Surveyor manifestano un contrazione della calotta di ghiaccio a polo sud. Attorno a Marte orbitano i satelliti naturali Phobos e Deimos, probabilmente due asteroidi piuttosto piccoli e dalla forma irregolare, catturati dal suo campo gravitazionale. Marte ha anche alcuni asteroidi troiani. Tra questi si ricorda 5261 Eureka. Marte prende il nome dall'omonima divinità della mitologia romana. Viene inoltre chiamato il "Pianeta rosso" a causa del suo colore caratteristico dovuto alle grandi quantità di ossido di ferro che lo ricoprono. Il simbolo astronomico del pianeta è la rappresentazione stilizzata dello scudo e della lancia del dio (). La magnetosfera di Marte è scomparsa da circa 4 miliardi di anni e quindi i venti solari colpiscono direttamente la sua ionosfera. Questo mantiene l'atmosfera del pianeta piuttosto sottile per via della continua asportazione di atomi dalla parte più esterna della stessa. A riprova di questo fatto sia il Mars Global Surveyor che il Mars Express hanno individuato queste particelle atmosferiche ionizzate allontanarsi dietro il pianeta. La pressione atmosferica media è di 700 Pa ma varia da un minimo di 30 Pa sull'Olympus Mons a oltre 1155 Pa nella depressione di Hellas Planitia. Per un paragone Marte ha una pressione atmosferica pari a 1% rispetto alla Terra. L'atmosfera marziana si compone principalmente di biossido di carbonio (95%), azoto (2,7%), argon (1,6%), vapore acqueo, ossigeno e ossido di carbonio. Tracce di metano rilasciate nell'atmosfera durante l'estate dell'emisfero nord
Alcune ricerche affermano di aver scoperto del metano nell'atmosfera marziana in concentrazioni di 10 ppb per volume Dato che il metano è un gas instabile che viene scomposto dalla radiazione ultravioletta solitamente in un periodo di 340 anni nelle condizioni atmosferiche marziane, la sua presenza indica l'esistenza di una fonte relativamente recente del gas. Tra le possibili cause troviamo attività vulcanica, l'impatto di una cometa e la presenza di forme di vita microbiche generanti metano. Un'altra possibile causa potrebbe essere un processo non biologico dovuto alle proprietà della serpentinite di interagire con acqua, anidride carbonica e l'olivina, un minerale comune sul suolo di Marte.
Durante l'inverno i poli marziani non sono raggiunti dalla luce solare e questo provoca il condensamento del 25-30% dell'atmosfera che forma spessi strati di ghiaccio secco o di anidride carbonica. Con l'estate il ghiaccio sublima causando grandi sbalzi di pressione e conseguenti tempeste con venti che raggiungono i 400 km/h. Questi fenomeni stagionali trasportano grandi quantità di polveri e vapore d'acqua che generano grandi cirri. Queste nuvole vennero fotografate dal rover Opportunity nel 2004
Tra tutti i pianeti del Sistema Solare, Marte è quello con il clima più simile a quello terrestre per via dell'inclinazione del suo asse di rotazione. Le stagioni tuttavia durano circa il doppio dato che la distanza dal Sole lo porta ad avere una rivoluzione di 2 anni pressapoco. Le temperature variano dai -140 °C degli inverni polari a 20 °C dell'estate. La forte escursione termica è dovuta anche al fatto che Marte ha un'atmosfera sottile (e quindi una bassa pressione atmosferica) e una bassa capacità di trattenere il calore del suolo.
Una differenza interessante rispetto al clima terrestre è dovuto alla sua orbita molto eccentrica. Infatti Marte è prossima al periastro quando c'è estate nell'emisfero meridionale (e l'inverno in quello settentrionale) e vicino al afastro si ha la situazione opposta. La conseguenza è un clima più estremo nell'emisfero sud rispetto a quello nord. Le temperature estive dell'emisfero meridionale possono essere fino a 30 °C più calde di quelle di un'equivalente estate in quello nord.
Rilevanti sono anche le tempeste di sabbia che possono estendersi su una piccola zona così come sull'intero pianeta. Solitamente si verificano quando Marte si trova prossimo al Sole ed è stato dimostrato che aumentino la temperatura atmosferica del pianeta.
Entrambe le calotte polari sono composte principalmente da acqua ricoperta da uno strato di circa un metro di anidride carbonica solida al polo nord mentre lo stesso strato raggiunge gli otto metri in quello sud. Entrambi i poli presentano dei disegni a spirale ottenuti grazie all'interazione tra calore solare disomogeneo le sublimazione e condensazione del ghiaccio. Inoltre variano le loro dimensioni a seconda della stagione che corre.
La maggior parte dell'emisfero meridionale di Marte è costituita da un unico, vasto altipiano che presenta molti crateri da impatto. La struttura di Marte presenta sia similitudini che differenze notevoli con la Terra. La superficie di Marte non pare movimentata dall'energia che caratterizza quella terrestre. In sostanza, Marte non ha una crosta suddivisa in placche, e quindi la tettonica a zolle del modello terrestre risulta inapplicabile a tale pianeta.
L'attività vulcanica è stata molto intensa, come testimonia la presenza di imponenti vulcani. Il maggiore di essi è il Monte Olimpo, che, con una base di 600 km e un'elevazione pari a circa 27 km rispetto alle pianure circostanti, è il maggior vulcano del sistema solare. Esso è molto simile ai vulcani a scudo delle isole Hawaii, originatisi dall'emissione per lunghissimi tempi di lava molto fluida. Uno dei motivi per i quali tali giganteschi edifici vulcanici sono presenti è che, per l'appunto, la crosta marziana è priva della mobilità delle placche tettoniche. Questo significa che i "punti caldi" da cui sale in superficie il magma battono sempre le stesse zone del pianeta, senza spostamenti nel corso di milioni di anni di attività. La ridotta forza di gravità ha certamente agevolato la lava, che su Marte ha un peso di poco superiore a quello dell'acqua sulla Terra. Questo rende possibile una più facile risalita dal sottosuolo e una più ampia e massiva diffusione sulla superficie.
Un gigantesco canyon, lungo 5000 km, largo 500 km e profondo 5-6 km attraversa il pianeta all'altezza dell'equatore e prende il nome di Valles Marineris, ed è l'unica struttura vagamente simile a quelle osservate nel XIX secolo e considerate poi uno dei più grandi sbagli della moderna astronomia. La sua presenza costituisce un vero e proprio sfregio sulla superficie marziana, e data la sua enorme struttura, non è chiaro cosa possa averla prodotta: certamente non l'erosione data da agenti atmosferici o acqua. La struttura di questo canyon è tale da far sembrare minuscolo il Grand Canyon americano, che pure è, come dice il suo stesso nome, immane. L'equivalente terrestre sarebbe, dimensionalmente parlando, un canyon che partisse da Londra e arrivasse a Città del Capo, con profondità dell'ordine dei 10 km. Questo consente di capire come tale canyon abbia una considerevole importanza per la struttura di Marte, e come esso non sia classificabile con casi noti sulla Terra.
Grazie alle osservazioni dalla sua orbita e l'analisi dei meteoriti, è possibile sapere che Marte ha una superficie ricca di basalto. Alcune zone però mostrano quantità predominanti di silicio che potrebbe essere simile all'andesite sulla Terra. Gran parte della superficie è coperta da ossido ferrico che gli conferisce il suo peculiare colore rosso intenso.
Il nucleo di Marte è composto principalmente da ferro con il 14-17% di solfuro di ferro e si estende per un raggio di circa 1480 km. Molto probabilmente il nucleo non è liquido, ma allo stato viscoso; di conseguenza Marte non presenta un campo magnetico apprezzabile (massimo 5 nT, nanoTesla) né attività geologica di rilievo. Questo comporta la mancanza di protezione del suolo del pianeta dall'attività di particelle cosmiche ad alta energia, tuttavia la maggiore distanza dal Sole rende meno violente le conseguenze della sua attività. Anche se Marte non dispone di un campo magnetico intrinseco, è possibile provare che parti della sua crosta siano state magnetiche e che si sia avuta una polarità alternata attorno ai suoi due poli. Una teoria, pubblicata nel 1999 e rivista nel 2005 assieme alle ricerche del Mars Global Surveyor, deduce dal paleomagnetismo marziano che fino a circa 4 miliardi di anni fa esistevano movimenti tettonici su Marte e la loro scomparsa è la causa di una magnetosfera quasi inesistente.
Il mantello, più denso di quello terrestre (di circa 2.35 volte), è composto soprattutto da silicati e, benché sia attualmente inattivo, è l'origine di tutte le testimonianze di fenomeni tettonici e vulcani sul pianeta.
La crosta ha uno spessore medio di 50 km con un picco di 125 km. Per fare un confronto con quella terrestre, che ha uno spessore di circa 40 km, si potrebbe dire che la crosta marziana è tre volte più spessa, considerando le dimensioni doppie del nostro pianeta.
La storia geologica di Marte può essere divisa in diverse epoche ma tre risultano le principali:
- Epoca Noachiana (così nominata dalla Noachis Terra): si colloca tra 3,8 miliardi e 3,5 miliardi di anni fa. Vede la formazione della superficie più antica di Marte ed è riconoscibile per le numerose cicatrici lasciate dai crateri. La regione Tharsis si è formata in questo periodo, anche grazie a grandi correnti di acqua allo stato liquido presenti in questo periodo.
- Epoca Hesperiana (da Hesperia Planum): da 3,5 miliardi a 1,8 miliardi di anni fa. Degna di nota per la formazione di ampie pianure laviche.
- Epoca Amazzoniana (da Amazonis Planitia): da 1,8 miliardi di anni fa al presente. Tra gli aspetti salienti la formazione in questo periodo dell'Olympus Mons e di altre grandi strutture vulcaniche.
Attualmente la presenza di acqua allo stato liquido è impossibile su Marte a causa della sua pressione atmosferica eccessivamente bassa(salvo in zone di elevata depressione per brevi periodi di tempo). Il ghiaccio d'acqua però è abbondante: i poli marziani infatti ne sono ricoperti e lo strato di permafrost si estende fino a latitudini di circa 60°. La NASA nel marzo del 2007 annunciò che se si ipotizzasse lo scioglimento totale delle calotte polari, l'intero pianeta verrebbe sommerso da uno strato d'acqua profondo 11 metri.
Si ritiene che grandi quantità di acqua siano intrappolate sotto la spessa criosfera marziana. La formazione della Valles Marineris e dei suoi canali di fuoriuscita dimostrano infatti che durante le fasi iniziali della storia di Marte fosse presente una grande quantità di acqua allo stato liquido. Una testimonianza più recente la si può ritovare nella Cerberus Fossae, una frattura della crostra risalente a 5 milioni di anni fa, dalla quale proviene il mare ghiacciato attualmente visibile sulla Elysium Planitia con al centro il Cerberus Palus. Tuttavia è ragionevole ritenere che la morfologia di questi territori possa essere dovuta alla stagnazione di correnti laviche anziché all'acqua. La struttura del terreno e sua inerzia termica paragonabile a quella delle pianure di Gusev, assieme alla presenza di formazioni coniche simili a vulcani, avvalorano la seconda tesi. In più la stechiometria molare frazionaria dell'acqua in quelle aree è solamente del 4% circa fatto attribuibile più a minerali idrati che alla presenza di ghiaccio superficiale.
Le teorie che vedevano la rete di canali marziani come letti di fiumi vennero confutate grazie alle fotografie ad alta risoluzione del Mars Global Surveyor. Infatti nonostante siano visibili reti complesse apparentemente dotate di affluenti e corsi principali, non sono state scoperte sorgenti o reti in scala inferiore che possano giustificare l'origine di ipotetici corsi d'acqua di grande portata. Il Mars Global Surveyor tuttavia ha anche fotografato alcune centinaia di esempi simili a faglie marine presso crateri e canyon. Queste faglie sono maggiormente presenti su altipiani dell'emisfero australe e tutte hanno un orientamento di 30° rispetto al polo meridionale
Il pianeta possiede due satelliti naturali, Phobos, dal diametro di circa 27 km, e Deimos, che misura circa 10 km. Entrambi i satelliti vennero scoperti da Asaph Hall nel 1877. I loro nomi, Paura e Terrore, richiamano la mitologia greca secondo la quale Phobos e Deimos accompagnavano il padre Ares, Marte per i Romani, in battaglia.
Le orbite delle due lune sono molto differenti rispetto a quello della nostra Luna. Phobos infatti sorge a ovest e tramonta a est per poi risorgere dopo solo 11 ore. Tuttavia poiché si trova sotto l'altitudine sincrona, Phobos è destinato, in un periodo di tempo stimato in 50 milioni di anni, ad avvicinarsi sempre più al pianeta fino ad oltrepassare il limite di Roche e disintegrarsi per effetto delle intense forze mareali. Deimos invece si trova appena al di fuori dell'orbita sincrona sorge a est ma impiega circa 2,7 giorni per tramontare a ovest nonostante la sua orbita sia di 30 ore.
Non è ancora chiaro come e se Marte abbia catturato le sue lune. Entrambe hanno un'orbita circolare, prossima all'equatore, cosa piuttosto rara per dei corpi catturati. Phobos tuttavia, con la sua orbita instabile, può far pensare che comunque la cattura è stata relativamente recente.
Numerose sono state le missioni verso Marte intraprese dall'Unione Sovietica, Stati Uniti, Europa e Giappone per studiarne la geologia, l'atmosfera e la superficie.
Circa i due terzi delle missioni tuttavia sono risultate degli insuccessi costituiti da perdite e da vari inconvenienti tecnici. Anche per questo motivo il pianeta conserva il suo fascino, il suo mistero e, più in generale, un'ulteriore motivazione per proseguire le ricerche. Le probabilità di trovare tracce di vita attuale su questo pianeta, così come oggi esso ci appare, sono estremamente ridotte; tuttavia, se fosse confermata la presenza di acqua in tempi remoti, aumenterebbero le probabilità di trovare tracce di vita passata.


Missioni passate

Il primo successo si ebbe nel 1964 con il passaggio in prossimità di Marte del Mariner 4 della NASA. Il primo atterraggio invece avvenne nel 1971 grazie ai sovietici Mars 2 e Mars 3 che però persero i contatti con la Terra pochi minuti dopo. In seguito fu creato il programma Viking del 1975 lanciato dalla NASA che consisteva in due satelliti orbitanti con un modulo di atterraggio che raggiunsero il suolo nel 1976. Il Viking 1 rimase operativo per sei anni mentre il Viking 2 per tre. Grazie alla loro attività si ebbero le prime foto a colori della superficie marziana e mappature di qualità tale da essere ancora usate attualmente.
Nel 1988 i moduli sovietici Phobos 1 e 2 furono inviati per lo studio di Marte e delle sue due lune. Si perse il segnale di Phobos 1 mentre era in viaggio e Phobos 2 riuscì ad inviare foto del pianeta e di Phobos ma si guastò giusto prima di rilasciare due sonde sulla luna.
Dopo il fallimento nel 1992 del Mars Observer, la NASA nel 1996 inviò il Mars Global Surveyor. La missione di mappatura fu un completo successo e si concluse nel 2001. I contatti si interruppero nel novembre del 2006 dopo 10 anni nell'orbita marziana. Un mese dopo il lancio del Surveyor, la NASA lanciò il Mars Pathfinder che trasportava il robot da esplorazione Sojourner che ammartò nell'Ares Vallis. Anche questa missione fu un successo e divenne famosa per le immagini che inviò sulla Terra.
La missione più recente è stata quella del rover Phoenix che lasciò la Terra il 4 agosto 2007 per raggiungere il polo nord marziano il 25 maggio 2008. Il modulo è dotato di un braccio meccanico con un raggio d'azione di 2,5 metri in grado di scavare per 1 metro nel suolo. Dispone inoltre di una telecamera in miniatura che il 15 giugno 2008 scoprì una sostanza che si rivelò essere acqua il 20 dello stesso mese. La missione si concluse il 10 novembre quando si perse contatto.


Missioni in corso

Il modulo di ammartaggio di Spirit
Nel 2001 la NASA inviò il satellite Mars Odyssey la cui missione terminerà nel settembre 2010. Il satellite, dotato di uno spettrometro a raggi gamma ha identificato grandi quantità di idrogeno nella regolite marziana. Si ritiene che l'idrogeno fosse contenuto in ampi depositi di ghiaccio
Nel 2003 l'ESA lanciò il Mars Express Orbiter assieme al modulo di ammartaggio Beagle 2 che venne dichiarato perso agli inizi del febbraio 2004. La squadra del Planetary Fourier Spectrometer, alloggiato nel satellite, scoprì il metano su Marte. Nel giugno 2006 l'ESA inoltre annunciò l'avvistamento di aurore sul pianeta. La NASA invece inviò i due rover gemelli Spirit (MER-A) e Opportunity (MER-B) che raggiunsero il suolo marziano con successo nel gennaio 2004. Tra le scoperte principali si ha la prova definitiva dell'esistanza di acqua allo stato liquido nel passato grazie al ritrovamento delle sue tracce in entrambi i punti di ammartaggio. I diavoli di sabbia e le forti correnti inoltre hanno allungato la vita dei rover grazie alla continua pulizia dei loro pannelli solari.
Il 12 agosto 2005 fu la volta del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA che arrivò a destinazione il 10 marzo 2006 per una missione di due anni. Tra gli obiettivi c'è la mappatura del terreno marziano e delle condizioni atmosferiche per trovare un luogo di ammartaggio adatto alle prossime missioni. Il satellite è dotato anche di un nuovo sistema di telecomunicazione con la Terra. Da notare che il Mars Reconnaissance Orbiter ha scattato le prime immagini di valanghe presso il polo nord del pianeta il 3 marzo 2008.
La missione Dawn infine passerà nell'orbita di Marte nel febbraio 2009 per poter proseguire il suo viaggio verso Vesta e Cerere.


Missioni future

Alla generazione dei Mars Exploration Rovers seguirà nel 2009 il Mars Science Laboratory: un rover più avanzato, grande e veloce (90 m/h). Tra i suoi obiettivi ci sarà il campionamento laser della composizione chimica delle rocce entro 13 metri. Per lo stesso anno è programma una missione congiunta di Russia e Cina, la Phobos-Grunt, che avrà il compito di raggiungere la luna marziana per poi ritornare sulla Terra con dei campioni di terreno.
Nel 2013 l'ESA prevede l'invio di ExoMars, il suo primo rover che sarà in grado di perforare il suolo fino a 2 metri di profondità per ricercare molecole organiche e stabilire l'eventuale esistenza di vita passata sul Marte
L'esplorazione con equipaggi di Marte è stata considerata come un obiettivo a lungo termine dagli Stati Uniti attraverso il Vision for Space Exploration annunciato nel 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 programmata per il 2020 verso la Luna poi intraprendere il viaggio verso Marte. L'ESA invece prevede di inviare astronauti su Marte nel periodo tra 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.
Il 15 settembre 2008, la NASA ha inoltre annunciato la missione MAVEN programmata per la fine del 2013 per lo studio dell'atmosfera marziana.
F. Canepari