TERRA E VENERE ACCOMUNATI DA UN DESTINO TURBOLENTO

Collisioni mordi e fuggi alla base del Sistema solare

Pubblicato su The Planetary Science Journal un nuovo quadro teorico per spiegare la formazione e la crescita dei pianeti che risiedono nel Sistema solare interno. «Usando l'intelligenza artificiale, dimostriamo che in realtà i pianeti si schiantano e rimbalzano l'uno contro l'altro, per poi collidere di nuovo in un secondo momento», dice Saverio Cambioni a Media Inaf. Lo stesso team di scienziati del Lunar and Planetary Laboratory ha proposto anche uno scenario sulla nascita della Luna che integra il modello convenzionale con nuovi dati. Il nostro satellite naturale si sarebbe formato da un secondo scontro con un corpo celeste chiamato Theia

     11/10/2021
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Rappresentazione artistica della collisione fra due oggetti celesti di grande massa. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Secondo uno studio condotto dal Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona, l’origine del Sistema solare potrebbe essere ancora più complessa e “disordinata” di quanto ritenuto in precedenza. La ricerca è stata pubblicata il 23 settembre su The Planetary Science Journal in due articoli, uno incentrato sulla Terra e Venere e l’altro sulla Luna. Entrambe le pubblicazioni supportano la tesi secondo cui gli impatti giganti, cioè scontri tra corpi delle dimensioni di un pianeta, non sono fusioni così perfette come si pensava. Nel team di ricerca anche un italiano, Saverio Cambioni. Originario di Cecina, provincia di Livorno, ha studiato ingegneria aeronautica e spaziale alla Sapienza di Roma e dopo un dottorato in scienze planetarie al Lunar and Planetary Laboratory attualmente lavora come ricercatore post-doc al Massachusetts Institute of Technology.

Grazie ad algoritmi di machine learning e a simulazioni 3D di impatti giganti, gli scienziati – coordinati da Erik Asphaug dell’Università dell’Arizona – sono arrivati a determinare uno scenario di collisioni ripetute “mordi e fuggi”, in cui i corpi protoplanetari hanno trascorso buona parte del loro viaggio nel Sistema solare interno (che va dal Sole fino a Marte) schiantandosi e rimbalzando l’uno contro l’altro, prima di rincontrarsi di nuovo in un secondo momento. Essendo stati rallentati dalla collisione, sarebbero stati poi più propensi a restare uniti la volta successiva.

«Molti studi precedenti si sono basati sul presupposto che un pianeta è come un pupazzo di neve che viene colpito da palle di neve: collisione dopo collisione, piccoli pianeti aggiungono massa al pianeta che cresce», dice Cambioni a Media Inaf. «Usando l’intelligenza artificiale, dimostriamo che in realtà i pianeti si schiantano e rimbalzano l’uno contro l’altro, per poi collidere di nuovo in un secondo momento».

I pianeti del Sistema solare interno mostrati in scala. Secondo la teoria dell’accrescimento in fase avanzata, Marte e Mercurio (in primo piano) sono ciò che resta di una popolazione originale corpi entrati in collisione, mentre Venere e la Terra sono cresciuti attraverso una serie di grandi impatti. La nuova ricerca si concentra sulla preponderanza delle collisioni “mordi e fuggi” negli impatti giganti e suggerisce che la proto-Terra possa essere servita da “avanguardia”, rallentando corpi di dimensioni planetarie in “collisione e fuga”. Ma ad accrescere, il più delle volte, è il proto-Venere, il che significa che era più facile per Venere acquisire corpi dal Sistema solare esterno. Crediti: Lsmpascal/Wikimedia commons

Secondo questa ipotesi, Venere e la Terra avrebbero avuto esperienze molto diverse nella loro crescita come pianeti, nonostante la loro immediata vicinanza nel Sistema solare interno. Secondo il primo studio – guidato da Alexandre Emsenhuber, ricercatore nel laboratorio di Asphaug e ora all’Università Ludwig Maximilian di Monaco – la giovane Terra avrebbe fatto da scudo a Venere, rallentando le collisioni mordi e fuggi dei corpi protoplanetari. Tuttavia, questi ultimi sono stati accresciuti il più delle volte dal primitivo Venere, e di conseguenza è plausibile che questo abbia acquisito corpi dal Sistema solare esterno. Considerando la posizione più favorevole della Terra, può sembrare controintuitivo che Venere abbia accumulato più materiale proveniente dal Sistema solare esterno. Ma proprio la posizione di avamposto della Terra avrebbe permesso a Venere di raccogliere maggior materia.

Facciamo un passo indietro. Più un pianeta è vicino al Sole, più forte sarà la gravità sperimentata. Ecco perché i pianeti interni del sistema solare su cui si sono concentrati questi studi (Mercurio, Venere, Terra e Marte) orbitano attorno al Sole più velocemente di quelli esterni, ad esempio Giove, Saturno e Nettuno. Di conseguenza, più un oggetto si avvicina al Sole, più è probabile che resti lì. Questo è il motivo per cui quando un pianeta ha colpito la Terra, spiega Asphaug, era meno probabile che si attaccasse a essa e più probabile che finisse su Venere, più vicino al Sole.

Per spiegare questo concetto, Emsenhuber usa l’analogia di una palla che rimbalza per le scale: ogni rimbalzo rappresenta una collisione con un altro corpo. «Lungo la strada, la palla perde energia e inoltre rimbalzerà sempre verso il piano di sotto, mai verso quello di sopra», precisa Emsenhuber. «Per questo motivo, il corpo non può più lasciare il Sistema solare interno». Riassumendo, è più facile andare dalla Terra a Venere che non il contrario, e un impattore che rimarrà nel Sistema solare interno tenderà a colpire ancora Venere, fino a fondersi con esso.

Secondo Asphaug, la Terra avrebbe accumulato la maggior parte del suo materiale da collisioni che sono state colpi frontali, oppure più lente di quelle sperimentate da Venere. Ciò avrebbe determinato una situazione in cui i protopianeti del Sistema solare esterno, a velocità più elevata, si sarebbero accumulati su Venere piuttosto che sulla Terra. Un’ipotesi è che il materiale finito su Venere sia stato più difficile da afferrare per la Terra.

Si pensa che la Luna sia la conseguenza di un grande impatto. Secondo una nuova teoria, ci sono stati due giganteschi impatti consecutivi – separati da circa un milione di anni – che hanno coinvolto il pianeta Theia e la protoTerra. In questa immagine, la collisione, simulata in 3D, mostra l’impatto avvenuto da circa un’ora. Una visuale in sezione mostra i nuclei di ferro. Theia (o la maggior parte di esso) sfugge appena, quindi è probabile una collisione successiva. Crediti: A. Emsenhuber/Università di Berna/Università di Monaco

Per la formazione della Luna, nel secondo articolo, gli scienziati propongono uno scenario “mordi e fuggi” che rielabora la teoria del grande impatto, secondo cui un corpo celeste delle dimensioni di Marte, chiamato Theia, colpisce la Terra ancora in formazione, provocando un mescolamento dei materiali che spiegherebbe la somiglianza chimica tra i due corpi.

Nello scenario proposto da Asphaug e colleghi, un protopianeta come Theia si scontra con la Terra ma, viaggiando più velocemente di come ipotizzato dal modello standard, continua oltre, per poi ritornare circa un milione di anni dopo per un impatto gigante.

«In definitiva, in questo biliardo spaziale, la neonata Terra potrebbe aver rallentato i pianeti in rotta di collisione, rimbalzandoli verso Venere. Inoltre, la Luna potrebbe essersi formata in due collisioni invece che in una sola», conclude Cambioni. «Questi risultati sono importanti per capire le differenze fra Venere e la Terra in previsione delle nuove missioni Nasa Davinci+ e Veritas, che saranno lanciate verso Venere intorno al 2028».

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