Un tempo la forma del Sistema Solare era un po’ più pastosa. Prima di disporsi in un disco appiattito, la distribuzione di polvere e rocce era simile a una ciambella. Questa è la conclusione a cui sono giunti gli scienziati dopo aver studiato i meteoriti ferrosi del Sistema Solare esterno, scoprendo che possono essere spiegati solo se la sua forma un tempo era toroidale.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.
La forma del Sistema Solare
Si tratta di informazioni che possono aiutarci a interpretare altri sistemi planetari emergenti e a determinare l’ordine in cui si assemblano.
La formazione di un sistema planetario attorno a una stella inizia in una nube molecolare di gas e polvere che si sposta nello spazio.
Se una porzione della nube diventa abbastanza densa, collasserà sotto la sua stessa gravità, ruotando mentre procede, diventando il seme di una stella neonata in crescita . Mentre ruota, il materiale nella nube circostante viene tirato in un disco circolare che alimenta la protostella.
All’interno di quel disco si formano grumi più piccoli, che diventano semi protoplanetari che continuano a crescere fino a diventare pianeti completi oppure, cosa che sembra molto più frequente, vedono il loro sviluppo arrestarsi, rimanendo oggetti più piccoli come un asteroide .
Abbiamo visto questi dischi più e più volte attorno ad altre stelle , con gli spazi scavati dai pianeti che ingoiano la polvere durante il loro spostamento.
Ma i meteoriti ferrosi rinvenuti nel nostro Sistema Solare raccontano un’altra parte della storia.
Secondo un team guidato dallo scienziato planetario Bidong Zhang dell’Università della California di Los Angeles, la composizione degli asteroidi nel Sistema Solare esterno richiede che la nube di materiale abbia la forma di una ciambella, piuttosto che una serie di anelli concentrici in un disco piatto. Ciò suggerisce che le prime fasi della coalescenza del sistema siano toroidali.
I meteoriti ferrosi in questione, pezzi di roccia che hanno percorso un lungo cammino verso la Terra dal Sistema Solare esterno, sono più ricchi di metalli refrattari rispetto a quelli trovati nel Sistema Solare interno. Si tratta di metalli come il platino e l’iridio, la cui formazione può avvenire solo in un ambiente molto caldo, come quello vicino a una stella in formazione.
Ciò pone un po’ di problemi, perché quei meteoriti non provenivano dal sistema solare interno, ma da quello esterno, il che significa che devono essersi formati vicino al Sole e essersi spostati verso l’esterno mentre il disco protoplanetario si espandeva. Tuttavia, secondo la modellazione condotta da Zhang e dai suoi colleghi, questi oggetti di ferro non sarebbero stati in grado di attraversare le fessure in un disco protoplanetario.
Secondo i loro calcoli, la migrazione avrebbe potuto verificarsi più facilmente se la struttura protoplanetaria fosse stata di forma toroidale. Ciò avrebbe spinto gli oggetti ricchi di metalli verso le frange esterne del Sistema Solare in formazione.
Poi, quando il disco si raffreddò e i pianeti iniziarono a formarsi, l’incapacità delle rocce di attraversare le fessure del disco avrebbe funzionato come una barriera molto efficace, impedendo loro di tornare verso il Sole sotto l’azione della gravità.
“Una volta formatosi Giove , è molto probabile che si sia aperto un varco fisico che ha intrappolato i metalli di iridio e platino nel disco esterno, impedendo loro di cadere nel Sole”, afferma Zhang .
“Questi metalli sono stati in seguito incorporati in asteroidi che si sono formati nel disco esterno. Questo spiega perché i meteoriti formati nel disco esterno (condriti carboniose e meteoriti ferrose di tipo carbonioso) hanno contenuti di iridio e platino molto più elevati rispetto ai loro simili del disco interno.”
Come si è formato il sistema solare?
4,5 miliardi di anni dopo l’inizio della vita del nostro sole , con una serie di pianeti e oggetti più piccoli che gli orbitano attorno. Come si sono formati tutti i pianeti e perché sono finiti nelle orbite che hanno percorso?
La formazione del sistema solare è un rompicapo impegnativo per l’astronomia moderna e un racconto fantastico di forze estreme che agiscono su scale temporali immense.
All’inizio non c’era niente. Ma non era proprio niente. Tutte le stelle si formano dal collasso delle nebulose, che sono nubi sparse di gas e polvere, e il nostro sole (e il sistema solare ) non sono diversi. Gli astronomi la chiamano “nebulosa pre-solare” e ovviamente non c’è più oggi, ma abbiamo visto abbastanza sistemi solari formarsi in tutta la galassia per avere un quadro generale.
Una nebulosa da sola non collasserà in un sistema solare senza qualcosa che la metta in moto. Nel nostro caso, possiamo ringraziare un’esplosione di supernova vicina , la cui onda d’urto ha squarciato la nebulosa pre-solare, facendola iniziare a contrarre.
Possiamo dire che una tale supernova è esplosa lì vicino, perché le supernovae rilasciano grandi quantità di certi elementi radioattivi, elementi che normalmente non si trovano all’interno delle nebulose, ma che possiamo vedere nel nostro sistema solare oggi.
Una volta in corso, la transizione da nebulosa a sistema solare era irreversibile. Nel corso di milioni di anni, la nebulosa si contrasse e si raffreddò, raggiungendo infine il punto in cui un proto-sole era circondato da un sottile disco di gas e polvere in rapida rotazione.
Quattro miliardi e mezzo di anni fa, il nostro sole non era esattamente la stella splendente che è oggi. Era compatto e molto, molto caldo, ma non aveva ancora raggiunto le densità e le temperature critiche necessarie per sostenere la fusione nucleare nel suo nucleo.
Ma mentre si trovavano ancora in questa fase embrionale, i pianeti iniziarono la loro lenta e progressiva formazione.
Vicino al giovane sole, il calore e la luce erano troppo intensi perché rimanesse altro che materiale roccioso; i ghiacci evaporarono e il gas sciolto come idrogeno ed elio semplicemente volò via. Quei pezzi rocciosi rimasti si fusero lentamente, attaccandosi insieme per formare grumi sempre più grandi.
Alla fine, con abbastanza tempo (e l’universo ha sempre, sempre un sacco di tempo libero), quei pezzi formarono planetesimi, piccoli quasi-pianeti. Ce n’erano molti, e fu un periodo piuttosto violento per il nostro sistema solare, poiché questi planetesimi si scontrarono, si frantumarono e si riformarono innumerevoli volte. La nostra Terra fu colpita da qualcosa quasi delle dimensioni di Marte, e i detriti di quell’impatto alla fine diventarono la nostra Luna.
Oltre quella che sarebbe poi diventata la fascia degli asteroidi, tuttavia, la formazione dei pianeti ha seguito un approccio diverso. Lì fuori, faceva abbastanza freddo da permettere ai ghiacci di sopravvivere, consentendo ai nuclei planetari di crescere fino a raggiungere proporzioni immense in un breve lasso di tempo.
Quei grandi nuclei sono stati quindi in grado di aspirare qualsiasi materiale circostante, come l’idrogeno e l’elio, avvolgendo quei mondi in atmosfere spesse e avvolgenti. È così che sono nati i pianeti giganti.
Una volta che i pianeti maturarono, tuttavia, non tutto fu calmo nel sistema solare. I mondi rocciosi interni si erano stabilizzati e il sole aveva innescato la fusione nucleare. Ma i pianeti giganti esterni erano circondati da sciami di parassiti, i resti di detriti del caotico processo di costruzione dei pianeti.
Gli astronomi sospettano che i quattro pianeti giganti del nostro sistema solare, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, si siano formati inizialmente molto più vicini tra loro di quanto non lo siano oggi, e sottili interazioni con i detriti rimanenti che li circondavano hanno causato lo spostamento delle loro orbite. Ci sono voluti centinaia di milioni di anni per riscolpire il nostro sistema solare, e non siamo esattamente sicuri di come sia successo tutto.
In uno scenario, Giove e Saturno migrano verso l’interno, verso il sole, il che ha causato la deriva verso l’esterno di Urano e Nettuno. In un altro scenario, i mondi del nostro sistema solare esterno giocano a una partita di patata bollente gravitazionale con un quinto pianeta gigante bonus che alla fine è stato espulso del tutto.
In un altro ancora, Giove vaga quasi fino all’orbita di Marte prima di saltare fuori, interrompendo le orbite altrimenti placide dei mondi esterni rimanenti.
In ogni caso, quest’ultimo rimescolamento ha causato scompiglio. Gli astronomi pensano che i pianeti esterni in migrazione abbiano dato origine a un’epoca chiamata Bombardamento Intenso Tardivo , un periodo di intensi impatti di comete e asteroidi nel sistema solare interno circa 4 miliardi di anni fa.
Lo spostamento dei mondi giganti ha disturbato tutto il materiale rimanente nel sistema solare, mandandolo in salvo nelle periferie ghiacciate o precipitandolo verso l’interno per causare problemi ai pianeti rocciosi.
Nonostante la violenza, non fu tutto negativo: la processione di comete che pioveva verso il sistema solare interno portò un’abbondanza di acqua ai mondi rocciosi, rendendo potenzialmente possibile la vita, compresa la nostra, una volta che il sistema solare si fosse stabilizzato, naturalmente.