Il 24 gennaio 2004, 20 anni fa oggi, toccava il suolo di Marte il rover americano Opportunity. Faceva parte della missione di esplorazione marziana Mars Exploration Rover (MER) della NASA, che coinvolgeva due diversi rover: MER-A, poi soprannominato Spirit, e MER-B, Opportunity.

Entrambi i rover, lanciati nell’estate del 2003, sono atterrati su Marte in luoghi separati a tre settimane di distanza, nel gennaio 2004. Il loro obbiettivo era cercare e caratterizzare un’ampia gamma di rocce e suoli che contengono indizi sull’attività passata dell’acqua su Marte. La missione faceva parte del Mars Exploration Program della NASA, che comprendeva anche tre precedenti lander di successo: i due lander del programma Viking (1976) e la sonda Mars Pathfinder (1997).

Quel giorno di due decenni fa ancora non si sapeva che nel corso della loro esplorazione, questi due rover avrebbero trovato prove convincenti dell’antica presenza di acqua su Marte.

Spirit e Opportunity sono sopravvissuti molto più a lungo della durata nominale delle loro missioni, pari inizialmente a 90 Sol, o giorni marziani. Spirit è stato attivo fino al 22 marzo 2010, Opportunity fino al 10 giugno 2018, e ad oggi è ancora la missione di più lunga operatività su Marte. La loro longevità eccezionale ha permesso di raccogliere una vasta quantità di dati, contribuendo significativamente alla comprensione della geologia, dell’atmosfera e della possibilità di vita passata su Marte.

Mars Exploration Rover-A e B: Spirit e Opportunity

La missione MER era stata concepita con l’obiettivo di esplorare la superficie di Marte e condurre ricerche geologiche e astrobiologiche. Prevedeva l’invio di due rover autonomi, progettati per esaminare distinti siti di interesse scientifico sul Pianeta Rosso.

I rover erano gemelli, con sei ruote ed entrambi del peso di circa 185 chilogrammi. Erano alimentati da pannelli solari in grado di generare circa 140 W durante le 14 ore di insolazione del giorno marziano, con batterie ricaricabili agli ioni di litio per fornire energia nel corso della notte.

La loro temperatura operativa era compresa tra −40 °C e 40 °C, mantenuta tramite riscaldatori a radioisotopi affiancati da riscaldatori elettrici. L’isolamento termico era fornito da una pellicola rivestita d’oro e uno strato di aerogel di silice.

Spirit e Opportunity erano dotati di attrezzature sofisticate, tra cui telecamere panoramiche, spettrometri e strumenti di analisi spettrale. Ogni veicolo era equipaggiato con un braccio robotico multifunzionale, utilizzato per raccogliere campioni di suolo e roccia per ulteriori analisi.

Concept artistico che ritrae un rover MER sulla superficie di Marte. Credits: NASA/JPL/Cornell University, Maas Digital LLCLa progettazione dei rover prevedeva una combinazione di mobilità e versatilità. Spirit, il primo a toccare la superficie marziana, era stato progettato per esplorare il cratere di Gusev. Opportunity, invece, atterrando su Meridiani Planum, aveva l’incarico di studiare le rocce sedimentarie e la presenza di acqua passata.

Il viaggio verso Marte

Il lancio di Spirit avvenne il 10 giugno 2003, quello di Opportunity il 7 luglio 2003. Entrambi i rover furono lanciati a mezzo di un Boeing Delta II 7925-9.5 dal Launch Complex 17 di Cape Canaveral, il primo sul pad 17A, il secondo sul 17B. I pad vicini consentivano i lavori ravvicinati nei periodi in cui erano aperte le finestre di lancio.

Lo stadio di trasferimento dei due veicoli, ovvero la componente utilizzata durante il viaggio verso Marte, consisteva in una struttura principale in alluminio con pannelli solari divisi in cinque sezioni, che forniva circa 600 W di potenza nei pressi della Terra e 300 W su Marte.

Durante il viaggio verso Marte, i comandi da Terra arrivavano tramite due antenne: una a basso guadagno omnidirezionale per vicinanza alla Terra, e una a medio guadagno. Ciascun veicolo, stabilizzato da giroscopi, mantenendo l’antenna a medio guadagno puntata verso la Terra, aveva un sistema di riscaldamento e isolamento termico.

L’aeroshell costituiva il veicolo di ingresso atmosferico, che forniva protezione termica e meccanica al lander e al rover. Gli airbag e il lander, ovvero il guscio protettivo in cui erano ospitati i rover, servivano a garantire un atterraggio controllato, proteggendo il rover durante l’impatto e la successiva apertura del lander.

L’ammartaggio: il cratere Gusev e il cratere Eagle

Spirit e Opportunity sono ammartati nel gennaio 2004 in due diverse località equatoriali di Marte distanti tra loro. Il 3 gennaio 2004, Spirit arrivò nei pressi del cratere Gusev.  Dopo aver iniziato le operazioni, il rover riprese diverse immagini panoramiche, che permisero agli scienziati di individuare punti interessanti da analizzare. Il team della missione battezzò il sito di atterraggio Columbia Memorial Station, in onore dei sette astronauti che persero la vita nel disastro dello Space Shuttle Columbia. Dal punto di atterraggio, le colline Columbia Hills distavano circa 3 km.

Opportunity invece ammartò nel Meridiani Planum, circa 24 km a est del luogo di atterraggio previsto. Anche se Meridiani è una pianura, priva delle distese rocciose viste nei siti di atterraggio precedenti, il rover si trovò in un cratere da impatto di circa 20 metri di diametro, con il bordo a circa 10 metri dalle sue ruote.

Questo cratere, chiamato in seguito cratere Eagle, suscitò subito l’interesse degli scienziati NASA: era uno dei luoghi più scuri mai visitati da una sonda su Marte, e ci vollero due settimane prima di poter avere una migliore visione dell’ambiente circostante.

Gli scienziati si mostrarono subito particolarmente interessati all’abbondanza di affioramenti rocciosi presenti e dal suolo, che appariva come un miscuglio di grani grigi e granelli più piccoli rossastri. Notarono che queste rocce assomigliano a depositi di cenere vulcanica o di sedimenti depositati dal vento o dall’acqua.

I geologi oggi ritengono che questi strati indichino rocce originate sia da sedimenti trasportati dal vento o dalla pioggia, sia da cenere vulcanica.

L’eredità di MER

Nel corso dei loro anni di attività, Spirit e Opportunity hanno condotto ricerche pionieristiche sulla superficie di Marte, permettendo una serie di scoperte scientifiche di grande importanza per la nostra conoscenza del Pianeta Rosso. Tra le più significative vi è la conferma della presenza passata di acqua su Marte, attraverso l’analisi di rocce sedimentarie e minerali come l’ematite.

Spirit ha identificato geositi che suggeriscono l’esistenza di un antico lago marziano, mentre Opportunity ha rivelato terreni ricchi di solfati, che indicano l’azione di acque che hanno modificato chimicamente il suolo.

Entrambi i rover hanno mantenuto una sorprendente longevità operativa, superando di gran lunga le aspettative iniziali. La durata eccezionale della loro missione ha permesso una cospicua raccolta di dati sul clima, la geologia e la composizione chimica di Marte.

La scoperta di minerali argillosi da parte di Opportunity ha fornito ulteriori prove di un ambiente passato umido e forse favorevole alla vita microbica. Inoltre, l’analisi delle rocce vulcaniche da parte di Spirit ha fornito dettagli sulla storia geologica del pianeta.

Le immagini panoramiche catturate dai rover, infine, hanno contribuito a creare mappe dettagliate della topografia marziana, consentendo una comprensione più approfondita della sua evoluzione. Complessivamente, Spirit e Opportunity hanno lasciato un’eredità di scoperte fondamentali, gettando le basi per future missioni di esplorazione e alimentando la nostra comprensione dell’antico ambiente marziano.