Rappresentazione artistica dell’orbiter Mars Express dell’Esa mentre sorvola Marte. Lo strumento Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding (Marsis) è stato fornito dal Jet Propulsion Laboratory della Nasa e dall’Agenzia spaziale italiana. Crediti: Esa/Nasa/Jpl-Caltech
Il radar sottosuperficiale Marsis (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding), uno dei sette strumenti a bordo della sonda Mars Express dell’Agenzia spaziale europea, è stato fondamentale nella ricerca e nella scoperta di segni di acqua liquida su Marte.
Sviluppato per conto dell’Asi dall’Università La Sapienza di Roma in collaborazione con il Jet Propulsion Laboratory della Nasa e gestito dall’Istituto nazionale di astrofisica, Marsis è un radar sounder, ovvero uno strumento che invia onde radio a bassa frequenza (tra 1,5 e 5 MHz) in grado di penetrare il suolo marziano fino a circa 5 chilometri di profondità. Esaminando i segnali riflessi (echi radar) in corrispondenza di un cambiamento nella densità o nella composizione dei materiali, gli scienziati possono determinare la costante dielettrica dello strato riflettente e identificarne la natura, mappando così la struttura al di sotto della superficie del Pianeta rosso.
È grazie a questo strumento che nel 2018 un team di scienziati guidato da Roberto Orosei dell’Istituto nazionale di astrofisica ha scoperto un lago sotto la calotta polare meridionale del pianeta. Ed è sempre grazie a esso che due anni dopo un team guidato da Sebastian Emanuel Lauro ed Elena Pettinelli dell’Università di Roma Tre ha scoperto, nella stessa regione polare, l’esistenza di un complesso sistema di laghi di acqua salata, confermando di fatto la scoperta precedente.
Marsis è entrato in funzione nel 2005, due anni dopo che l’orbiter su cui è installato, Mars Express – la prima missione dell’Agenzia spaziale europea su Marte – si è inserito nell’orbita del pianeta. Ora, dopo quasi due decenni trascorsi a studiare la geologia del sottosuolo del pianeta, per il “cacciatore d’acqua” è arrivato il momento di un importante aggiornamento software, in maniera analoga a ciò che accade per gli smartphone e i tablet che utilizziamo quotidianamente.
Il pacchetto è stato sviluppato grazie alla collaborazione tra l’Inaf e Carlo Nenna, responsabile del software di bordo dello strumento, e una volta implementato consentirà al radar di scrutare più in dettaglio sotto la superfice del pianeta e della sua enigmatica luna, Phobos.
Per saperne di più, Media Inaf ha raggiunto Andrea Cicchetti dell’Inaf Iaps di Roma, Deputy Principal Investigator dello strumento, che ha guidato lo sviluppo dell’aggiornamento.
La sonda Mars Express con indicata la posizione dei suoi strumenti scientifici. Il numero 1 indica la posizione del radar Marsis. Crediti: Esa
Cicchetti, di che aggiornamento si tratta?
«L’aggiunta al radar di due modi operativi completamente nuovi, che permetteranno di ottenere una maggiore quantità di dati rispetto al passato e di altissima qualità. Il primo aggiornamento, denominato Ssp, è ottimizzato per l’osservazione di Phobos e delle zone non molto estese ma di alto interesse scientifico del Pianeta rosso. Il secondo aggiornamento, denominato Ssm, è invece progettato nello specifico per osservare particolari aree estese di Marte».
Quando sarà completata l’implementazione sullo strumento?
«Il primo modo operativo Ssp è stato installato e qualificato con successo a bordo del radar ed è attualmente in uso, congiuntamente ai vecchi modi operativi, nelle osservazioni di routine. L’installazione del secondo modo operativo Ssm è attualmente in corso, siamo fiduciosi di terminare il lavoro prima della fine dell’anno».
Rispetto all’ultima release, in che modo l’upgrade alla nuova versione migliorerà la capacità dello strumento di fare scienza?
«La prima modalità operativa Ssp è stata progettata principalmente per ottimizzare l’osservazione di Phobos, in quanto in origine questo non era di interesse per la missione. Quando invece ci siamo resi conto dell’importanza della principale luna di Marte, abbiamo dovuto programmare una complessa configurazione del vecchio software di bordo. Tale configurazione, pur avendo avuto successo, non era ottimizzata, quindi richiedeva un dispendio di risorse molto elevate da parte dello spacecraft durante il suo utilizzo. La nuova modalità operativa, oltre a risolvere queste problematiche, ci dà la possibilità di avere un guadagno adattivo del ricevitore, migliorando così la dinamica dei dati scientifici registrati. La seconda modalità operativa Ssm è dedicata esclusivamente all’osservazione di Marte. Con l’introduzione di nuovi algoritmi sarà possibile analizzare vaste aree ad alta risoluzione del pianeta, estraendone solo i dati con maggiore interesse e scartando tutto ciò che non ha un grande contributo scientifico».
La missione Mars Express è attualmente confermata fino a dicembre 2022. Un simile aggiornamento fa intendere che ci sarà un’estensione, sbaglio?
«C’è la proposta, ma la decisione per l’estensione 2023-2025 e la proposta di estensione per il 2026-2028 verrà presa durante il meeting Spc (Science Programme Committee), programmato per il prossimo Marzo 2023».
Il vulcano Arsia Mons su Marte osservato con la nuova modalità SSP. Crediti: INAF/IAPS
Quali sono i piani di osservazione futuri? È prevista una campagna d’osservazione di Phobos?
«L’estensione 2023-2025, se approvata, fornirà un’eccellente occasione per osservare di notte la zona del polo sud di Marte. Infatti, in questa regione in particolare, il nostro gruppo di ricerca ha individuato acqua liquida sotto la superfice. Queste osservazioni, con l’aiuto fornito dai nuovi modi operativi, produrranno un modello 3D utilissimo per poter studiare la distribuzione dell’acqua e la topografia basale. Per quanto riguarda Phobos, il prossimo flyby sarà molto ravvicinato, a soli 90 chilometri dalla luna di Marte ed avverrà precisamente nell’orbita 23653 il 23 settembre 2022. In questa occasione utilizzeremo per la prima volta il nuovo modo operativo Ssp».
L’orbiter ha confermato la presenza di acqua liquida e ghiaccio d’acqua e di anidride carbonica nelle regioni polari, ha scoperto metano nell’atmosfera e rilevato per la prima volta le aurore sul Pianeta. Ha inoltre effettuato la mappatura globale della densità e della pressione atmosferica e studiato i processi di fuga negli strati superiori. Cos’altro vi aspettate dalla missione, in futuro?
«Mars Express è stata ed è una missione fantastica, ci ha dato l’opportunità di conoscere meglio questo pianeta straordinario e misterioso al tempo stesso. Grazie all’aggiornamento del software di bordo del radar è stato possibile dimostrare come sia fattibile rinnovare un’intera missione vecchia di vent’anni. Siamo convinti che Mars Express ci darà la possibilità di fare ancora molte altre scoperte negli anni a venire, aiutandoci a comprendere meglio il nostro pianeta, dato che Marte è probabilmente la rappresentazione futura di ciò che accadrà alla Terra».
Andrea Cicchetti e il team di Marsis dell’Inaf ringraziano l’Agenzia spaziale italiana (ASI) per il supporto finanziario ricevuto attraverso il contratto ASI-INAF 2019–21-HH.0.