Marte è il quarto pianeta dal Sole nel nostro sistema solare, ed è uno dei corpi celesti più studiati. Osservato fin da tempi antichi, fu l’obiettivo di alcune delle prime missioni di esplorazione spaziale negli anni sessanta del Novecento, ed è stato raggiunto da numerose sonde da allora. Oggi, grazie a queste missioni, abbiamo una profonda conoscenza dell’affascinante geologia e storia geologica di Marte, ma prima di tuffarci in questa storia lunga 4,5 miliardi di anni, dobbiamo introdurre alcune caratteristiche del pianeta rosso.
Immagine a colori reali di Marte scattata dalla sonda ESA Rosetta nel 2007 (ESA & MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA, CC BY-SA IGO 3.0).
Marte condivide molte similarità con la Terra, nonostante abbia una dimensione molto minore del nostro pianeta, leggermente oltre la metà in termini di raggio e circa un decimo in massa. Un giorno su Marte è solo 37 minuti più lungo di uno sulla Terra e, grazie a un’inclinazione assiale simile, in entrambi i pianeti si osserva un cambiamento delle stagioni. Le temperature su Marte possono variare ampiamente, dai -143°C ai poli d’inverno ai 35°C all’equatore durante l’estate, ma un’enorme differenza con la Terra riguarda l’atmosfera. L’atmosfera di Marte è molto rarefatta, con una pressione di solo 0,006 volte quella terrestre, ed è composta al 95% da anidride carbonica, il che la rende non respirabile e tossica per gli umani.
Anche la struttura interna di Marte è simile a quella terrestre, con nucleo, mantello e crosta. A differenza della Terra però, si pensa che il mantello di Marte sia inattivo, e questo si riflette nella mancanza di un forte campo magnetico circondante il pianeta. La crosta è perlopiù basaltica, il che rivela la sua origine vulcanica e, anche se oggi non c’è acqua liquida sulla superficie marziana, molte caratteristiche geologiche come canali e delta suggeriscono che in passato fossero presenti grandi oceani e fiumi.
Molti elementi geografici possono stimolare la nostra curiosità sulla storia del pianeta, come il netto contrasto tra il perlopiù piatto emisfero settentrionale e l’altamente craterizzato e aspro emisfero meridionale, i larghi altopiani vulcanici che si elevano sul terreno circostante, e i lunghi canyon che corrono lungo la superficie. Per comprendere l’origine di queste caratteristiche dobbiamo ora esplorare la storia geologica di Marte, sottolineando però che le date sono approssimate e soggette a enormi barre di errore anche di centinaia di milioni di anni, e che c’è ancora molto che rimane sconosciuto.
Mappa topografica di Marte prodotta dal Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) sulla sonda NASA Mars Global Surveyor. Le altitudini più basse sono in blu e viola, mentre le più alte sono in marrone e bianco. Si osserva una chiara differenza tra le basse regioni dell'emisfero settentrionale e il più aspro emisfero meridionale. La grande regione a ovest è Tharsis, mentre il largo cratere d'impatto a sudest è il Bacino Hellas.
In modo simile agli altri pianeti rocciosi, Marte si è formato dall’accrescimento di materiale nel disco protoplanetario che orbitava il Sole circa 4,5 miliardi di anni fa. La prima epoca della storia marziana va dalla formazione del pianeta fino a 4,1 miliardi di anni fa. Questo periodo è chiamato Pre-Noachiano, e non molto di questo tempo estremamente lontano è sopravvissuto fino ai nostri giorni, dato che eventi successivi hanno probabilmente cancellato molte delle caratteristiche di quest’epoca. Ciò nonostante, si crede che la dicotomia nella crosta tra l’emisfero settentrionale e quello meridionale si sia originata in questo periodo, forse come conseguenza dell’impatto di un grande protopianeta.
Il periodo Noachiano va da 4,1 a 3,7 miliardi di anni fa, e corrisponde a grandi linee con l’età dell’intenso bombardamento tardivo, un’era nella quale un gran numero di asteroidi impattarono con i pianeti rocciosi del sistema solare interno, un evento causato probabilmente dall’instabilità e dalla migrazione dei pianeti giganti del sistema solare esterno. In effetti, sulla superficie marziana si possono trovare un gran numero di crateri databili in questo periodo, come quelli nella Noachis Terra, una regione che si è formata in quest’epoca e le dà il nome.
Durante il Noachiano, Marte era molto attivo geologicamente, con un esteso vulcanismo che aveva luogo specialmente nella regione di Tharsis, dove l’accumulo di enormi quantità di materiale vulcanico continuò nell’epoca geologica successiva. A causa dell’attività vulcanica e del calore generato dai numerosi eventi d’impatto, l’atmosfera di Marte nel Noachiano era probabilmente molto più densa, con un clima caldo e umido, e precipitazioni di acqua liquida che portarono infine alla formazione di laghi, fiumi e addirittura un enorme oceano nel bacino settentrionale.
Un altro mare si poteva forse trovare nel Bacino di Hellas a sud, un largo cratere d’impatto formato durante l’intenso bombardamento tardivo. Circa 4 miliardi di anni fa Marte si era raffreddato abbastanza dopo la sua formazione da causare la fine dell’attività interna e, a causa dell’assenza di convezione nel mantello, il campo magnetico generato da questi movimenti andò lentamente a scomparire, con il vento solare che spazzò via quanto ne rimaneva. Senza la protezione del campo magnetico, il vento solare poté colpire direttamente l’atmosfera marziana, rimuovendone sempre di più.
Dopo la fine dell’intenso bombardamento tardivo, Marte entrò nel periodo Esperiano, che va da 3,7 a 3 miliardi di anni fa. L’attività vulcanica continuò ed era ancora molto diffusa in questo periodo, con molte pianure di lava databili in quest’epoca, come l’Hesperia Planum tra le alture meridionali. In questo periodo, gli enormi vulcani a scudo della regione di Tharsis, che sono ancora oggi i più grandi nel sistema solare, si erano formati, e così tanto materiale vulcanico si era accumulato in quest’area che il suo immenso peso causò la rottura della crosta di Marte, producendo fratture, creste e il largo sistema di canyon delle Valles Marineris.
Durante l’Esperiano, il clima marziano iniziò a cambiare da caldo e umido a freddo e secco, con la sua atmosfera che raggiunse l’attuale densità alla fine di questo periodo. L’acqua si congelò, ma l’attività vulcanica e tettonica poté rompere lo strato di ghiaccio causando la fuoriuscita dell’acqua liquida sottostante, portando a inondazioni catastrofiche. Lo scorrere dell’acqua scavò canali diretti verso le aree più basse, dove si accumularono sedimenti.
Mappa topografica delle Kasei Valles, uno dei più grandi sistemi di canali su Marte, visto dal Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) sulla sonda NASA Mars Global Surveyor (Areong, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).
Il più lungo, e attuale, periodo della storia di Marte è l’Amazzoniano, che è iniziato circa 3 miliardi di anni fa e continua fino al presente. Il clima del pianeta diventò definitivamente freddo e arido, e l’acqua liquida scomparve dalla superficie. L’attività geologica si fece rara e sporadica, mentre il numero di impatti sulla superficie è stato molto basso in questo periodo, come si può notare dai pochi crateri e dalle poche caratteristiche dei terreni più giovani come l’Amazonis Planitia. Le attività più importanti nell’Amazzoniano sono legate alla presenza di ghiaccio, che si è accumulato ai poli a formare le calotte polari che vediamo oggi. Lo scioglimento occasionale del ghiaccio, con piccoli rilasci di acqua liquida, può essere ancora osservato su Marte ma, oltre a questo, ogni tipo di attività è ormai molto raro.
Rimane ancora molto da scoprire riguardo alla storia di Marte, le incertezze sono enormi e i punti oscuri sono numerosi, con molte domande che rimangono ancora senza risposta. Come appariva l’antico Marte ricco di acqua? Avrebbe potuto ospitare la vita? E se sì, che tipo di vita? Si spera che future missioni di esplorazione possano scoprirlo. Da un pianeta ricco di acqua e geologicamente attivo a uno arido e inattivo, l’affascinante passato di Marte ci può insegnare molto sul suo presente mentre aspettiamo il suo futuro, forse uno in cui gli umani metteranno piede sul pianeta rosso per la prima volta.