Come si sono formati i nostri pianeti

Mercurio, Venere, Terra e Marte nel sistema solare interno sono pianeti relativamente piccoli e secchi, a differenza di Giove, Saturno, Urano e Nettuno più lontani, che contengono molti più elementi volatili. Negli ultimi anni abbiamo scoperto un'altra chiara differenza tra il sistema solare interno e quello esterno", afferma Maria Sch?nb?chler, professoressa presso l'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo: "I meteoriti hanno un'impronta digitale diversa a seconda che provengano dal sistema solare interno o esterno"."A seconda della loro origine, il loro cosiddetto contenuto isotopico varia. Gli isotopi sono diversi tipi di atomi di un elemento che hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo ma un numero diverso di neutroni.

La precedente spiegazione delle differenze nella composizione chimica di pianeti e meteoriti: Quando il sistema solare si formò 4,5 miliardi di anni fa da un disco di gas e polvere, il primo pianeta a nascere fu Giove. Esso divise il disco in un sistema interno ed esterno e bloccò lo scambio di materia tra le due parti.

"In collaborazione tra ricercatori di diverse discipline, abbiamo sviluppato un nuovo modello di formazione dei pianeti: Fornisce una spiegazione alternativa alle differenze isotopiche; per ora non abbiamo bisogno di Giove", spiega Sch?nb?chler. L'idea della nuova teoria è nata da una collaborazione tra i ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo nell'ambito del Centro nazionale di competenza per la ricerca sui pianeti, di cui fa parte anche il cosmochemico. Il team internazionale ha ora pubblicato il suo lavoro sulla rivista "Science".

Due ondate di emersione in tempi diversi

"Abbiamo usato simulazioni al computer per calcolare cosa sarebbe potuto accadere nei primi anni del sistema solare", spiega Tim Lichtenberg dell'Università di Oxford, autore principale dello studio e alumni del Centro nazionale di competenza per la ricerca sui pianeti.

Secondo le simulazioni, il sistema solare interno ed esterno si è formato in due ondate diverse e in due momenti diversi. Molto presto, quando il disco originario di gas e polvere e il sole stesso si stavano ancora formando, nel sistema solare interno si sono formati i primi mattoni dei pianeti - pezzi con un diametro di circa 100 chilometri, chiamati dagli esperti planetesimi. Un ruolo importante in questo processo è stato svolto dalla cosiddetta linea della neve, che correva a una certa distanza intorno al giovanissimo sole. All'interno di questa linea, l'acqua si presentava sotto forma di vapore acqueo. All'esterno si formavano i cristalli di ghiaccio. Lì, parte del vapore acqueo si condensò sui grani di polvere, che si raggrupparono per formare i primi planetesimi.

"Erano estremamente ricchi d'acqua", spiega Lichtenberg: "Questo è strano in un primo momento, perché la Terra dovrebbe contenere molta più acqua e assomigliare di più a una cometa oggi", ma la nuova teoria ha anche una spiegazione: il disco di polvere conteneva l'isotopo radioattivo alluminio-26. Gli elementi costitutivi dei pianeti hanno ereditato questo materiale, che decade con un tempo di dimezzamento di 700.000 anni e rilascia molta energia nel processo, abbastanza da riscaldare e fondere i planetesimi dall'interno. Si sono formati nuclei di ferro e l'acqua e altri elementi volatili si sono vaporizzati.

La linea della neve si sposta verso l'esterno

"Dopo la formazione dei primi planetesimi nel sistema solare interno, nel nostro modello non accade più nulla per circa mezzo milione di anni", spiega Lichtenberg. Poi si verifica una seconda ondata di formazione di planetesimi, questa volta nel sistema solare esterno. Nel frattempo, la linea della neve si è spostata verso l'esterno perché il disco di gas e polvere si è riscaldato. Le particelle di polvere che viaggiano verso il Sole vengono fermate dalla nuova linea di neve. I ricercatori parlano di "ingorgo". Ciò provoca la formazione di nuovi planetesimi. "La formazione dei pianeti del sistema solare esterno è iniziata più tardi, ma è stata completata molto più rapidamente; per i pianeti interni c'è voluto molto più tempo", dice Lichtenberg. Poiché il secondo processo è iniziato più tardi, gran parte dell'alluminio-26 radioattivo era già decaduto e meno elementi volatili erano evaporati. Di conseguenza, si sono formati giganti di gas e ghiaccio come Giove e Urano.

Nuova combinazione di dati attuali

"Il nostro modello getta anche nuova luce sull'ulteriore crescita dei planetesimi originari nei sistemi solari interni, fino alla formazione di pianeti rocciosi come la nostra Terra", spiega Maria Sch?nb?chler. Secondo il modello, inizialmente dominavano le collisioni tra i planetesimi. A ciò è seguita una fase in cui questi corpi hanno accumulato grani di polvere grazie alla loro gravità. Gli esperti chiamano questo processo "accrezione di sassolini". Seguirono altre collisioni, finché la Terra non entrò in collisione con l'ultimo grande pezzo alla fine del processo di formazione. Durante questa collisione, la massa è stata espulsa dalla Terra primitiva, da cui si è formata la Luna. Le simulazioni mostrano anche come i pianeti si siano avvicinati al Sole durante la loro formazione fino a raggiungere l'orbita attuale.

"Nel nostro studio proponiamo uno scenario complessivo che riproduce la composizione e la storia evolutiva del sistema solare", spiega Tim Lichtenberg. In effetti, i calcoli al computer riflettono i dati delle analisi dei meteoriti e delle osservazioni astronomiche. "Questa combinazione di dati attuali sui meteoriti e di modelli evolutivi è nuova", riassume Maria Sch?nb?chler, entusiasta "di come tutto si adatti bene".