MESSO IN CRISI IL MODELLO PER ACCUMULO DI MATERIALE GIUNTO DALL’ESTERNO

Terra e Marte, pianeti fatti in casa

I pianeti rocciosi si sono formati da materiale che in gran parte ha avuto origine nel Sistema solare interno. Lo mostrano i risultati del più completo confronto mai condotto fra le abbondanze isotopiche della Terra, di Marte e meteoriti carbonacee e non carbonacee, pubblicati la settimana scorsa su Science Advances

     29/12/2021
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I quattro pianeti del Sistema solare interno. Crediti: Nasa/Lunar and Planetary Institute

Collisioni fra embrioni planetari o accumulo progressivo di minuscoli ciottoli alla deriva? Le teorie sul processo di formazione dei quattro pianeti interni del Sistema solare – fra i quali il nostro – si sono progressivamente ridotte a queste due alternative. Secondo la prima, tutto è avvenuto con materiali raccolti sul posto – ovvero, nel Sistema solare interno. La polvere qui presente si è agglomerata a formare corpi sempre più grandi – gli embrioni planetari, appunto – raggiungendo gradualmente dimensioni paragonabili a quelle della Luna. Collisioni successive fra questi embrioni planetari hanno infine prodotto i quattro pianeti interni: Mercurio, Venere, Terra e Marte. Una teoria più recente propone invece uno scenario nel quale buona parte della materia prima arriva dal Sistema solare esterno sotto forma di pebbles – polvere e ciottoli di dimensioni millimetriche. Migrando dalla periferia verso il Sole, questi ciottoli si sono man mano accumulati sugli embrioni planetari rendendoli sempre più massicci, fino alle dimensioni attuali.

«Volevamo scoprire se i mattoni della Terra e di Marte hanno avuto origine nel Sistema solare esterno o interno», riassume Christoph Burkhardt dell’Università di Münster (Germania), primo autore di uno studio pubblicato la settimana scorsa su Science Advances.

Le conclusioni alle quali il team da lui guidato è giunto pendono, come vedremo, a favore della prima ipotesi: quella del materiale raccolto in loco. Per arrivarci è stato necessario un approccio da Csi, un lavoro non tanto diverso da quello richiesto per tentare di risalire alla strada percorsa dall’assassino analizzando i frammenti di terriccio presenti nelle tracce lasciate dagli pneumatici dell’auto. Da dove proveniva? Dalla lontana periferia o da un quartiere del centro?

Anzitutto è stato dunque necessario raccogliere campioni del “terriccio” incriminato, ovvero del materiale che forma i pianeti rocciosi. Burkhardt e colleghi si sono concentrati sulla Terra e su Marte. Per la prima è stato ovviamente facile, mentre per Marte hanno dovuto accontentarsi di quanto recapitato qui sul nostro pianeta dalle meteoriti: 17 meteoriti marziane, per la precisione, contenenti sei tipi di roccia del Pianeta rosso. Poi servivano termini di confronto: esempi di materiale sicuramente con origine nel Sistema solare interno e altri con origine in quello esterno. Di nuovo sono venute in aiuto le meteoriti: le non carbonacee come rappresentanti native del Sistema solare interno, e le carbonacee per quello esterno.

Quanto al metodo di analisi, si sono avvalsi di una tecnica ben collaudata: quella della misura delle abbondanze isotopiche, ovvero del rapporto fra i diversi isotopi di alcuni elementi. Rispetto a studi precedenti, però, il team di Burkhardt ha esteso queste misure per la prima volta anche a tre diversi isotopi metallici: quelli del titanio, dello zirconio e del molibdeno. Ne è risultato il confronto a oggi più completo fra la composizione isotopica della Terra, di Marte e del materiale di costruzione primordiale del Sistema Solare interno ed esterno – rappresentato, appunto, dalle due diverse classi di meteoriti.

I due scenari a confronto. Crediti: C. Burkhardt et al., Science Advances, 2021

La domanda alla quale l’analisi dell’abbondanza isotopica ha inizialmente permesso di rispondere era relativamente semplice: in quale percentuale le due classi di meteoriti – carbonacee e non carbonacee – dovrebbero essere state incorporate nelle rocce della Terra e di Marte per spiegare le abbondanze isotopiche misurate? La risposta emersa dai dati è netta: le meteoriti carbonacee, quelle originarie del Sistema solare esterno, contribuiscono per appena il quattro per cento.

«Se la Terra primordiale e Marte avessero principalmente accumulato grani di polvere dal Sistema solare esterno, questo valore dovrebbe essere quasi dieci volte più alto», osserva Thorsten Kleine dell’Università di Münster, nonché direttore del Max Planck Institute for Solar System Research di Gottinga, in Germania. «Non possiamo quindi confermare questa teoria della formazione dei pianeti interni». Vale a dire: il modello per accumulazione di pebbles – quello secondo il quale i quattro pianeti rocciosi sarebbero cresciuti fino alle dimensioni attuali accumulando ciottoli di polvere di dimensioni millimetriche dal Sistema solare esterno – non è sostenibile.

Se non da fuori, dunque, da dove? Qui lo scenario si fa un po’ complesso. La composizione della Terra e di Marte, notano infatti gli autori dello studio, non corrisponde nemmeno al materiale delle condriti non carbonacee – non esattamente, almeno. C’è dell’altro: almeno una terza fonte di materia prima. «La composizione isotopica di questo terzo tipo di materiale da costruzione, come dedotto dalle nostre simulazioni al computer, implica che debba aver avuto origine nella regione più interna del Sistema solare», spiega a questo proposito Burkhardt. Materiale che è andato dritto a formare i pianeti rocciosi senza dunque passare dalle meteoriti. «Materiale da costruzione “perduto”», lo chiama Kleine, «al quale oggi non abbiamo più accesso diretto».

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