Circa 4,5 miliardi di anni fa, la gravità tirò insieme una nuvola di polvere e gas per formare il nostro sistema solare. Mentre gli scienziati non sono certi dell’esatta natura del processo, le osservazioni di giovani sistemi stellari combinate con simulazioni al computer hanno permesso loro di sviluppare tre modelli di ciò che sarebbe potuto accadere tanti anni fa.
Nascita del sole
Una massiccia concentrazione di gas interstellare e polvere ha creato una nube molecolare che avrebbe formato il luogo di nascita del sole., Le temperature fredde hanno causato l’aggregazione del gas, crescendo costantemente più denso. Le parti più dense della nube cominciarono a collassare sotto la propria gravità, formando una ricchezza di giovani oggetti stellari noti come protostelle. La gravità continuò a far collassare il materiale sull’oggetto neonato, creando una stella e un disco di materiale da cui si sarebbero formati i pianeti. Quando la fusione ha preso il via, la stella ha iniziato a soffiare un vento stellare che ha aiutato a liberare i detriti e ha impedito che cadesse verso l’interno.,
Anche se il gas e la polvere avvolgono le giovani stelle nelle lunghezze d’onda visibili, i telescopi a infrarossi hanno sondato molte delle nuvole della Via Lattea per rivelare l’ambiente natale di altre stelle. Gli scienziati hanno applicato quello che hanno visto in altri sistemi alla nostra stella.
Dopo la formazione del sole, un enorme disco di materiale lo circondò per circa 100 milioni di anni. Può sembrare un tempo più che sufficiente perché i pianeti si formino, ma in termini astronomici, è un battito di ciglia., Mentre il sole appena nato riscaldava il disco, il gas evaporava rapidamente, dando ai pianeti e alle lune appena nati solo un breve lasso di tempo per raccoglierlo.
Modelli di formazione
Gli scienziati hanno sviluppato tre diversi modelli per spiegare come possono essersi formati i pianeti dentro e fuori dal sistema solare. Il primo e più ampiamente accettato modello, core accrescimento, funziona bene con la formazione dei pianeti terrestri rocciosi, ma ha problemi con pianeti giganti. Il secondo, l’accrescimento di ciottoli, potrebbe consentire ai pianeti di formarsi rapidamente dai materiali più piccoli., Il terzo, il metodo di instabilità del disco, può spiegare la creazione di pianeti giganti.
Il modello di accrescimento del nucleo
Circa 4,6 miliardi di anni fa, il sistema solare era una nube di polvere e gas nota come nebulosa solare. La gravità fece collassare il materiale su se stesso mentre cominciava a girare, formando il sole al centro della nebulosa.
Con il sorgere del sole, il materiale rimanente cominciò a raggrupparsi. Piccole particelle si sono unite, legate dalla forza di gravità, in particelle più grandi., Il vento solare spazzò via elementi più leggeri, come idrogeno ed elio, dalle regioni più vicine, lasciando solo materiali pesanti e rocciosi per creare mondi terrestri. Ma più lontano, i venti solari hanno avuto meno impatto sugli elementi più leggeri, permettendo loro di fondersi in giganti gassosi. In questo modo sono stati creati asteroidi, comete, pianeti e lune.
Alcune osservazioni sugli esopianeti sembrano confermare l’accrescimento del nucleo come processo di formazione dominante., Le stelle con più “metalli” — un termine che gli astronomi usano per elementi diversi dall’idrogeno e dall’elio-nei loro nuclei hanno più pianeti giganti dei loro cugini poveri di metallo. Secondo la NASA, l’accrescimento del nucleo suggerisce che i piccoli mondi rocciosi dovrebbero essere più comuni dei giganti gassosi più massicci.
La scoperta del 2005 di un pianeta gigante con un nucleo massiccio in orbita attorno alla stella simile al sole HD 149026 è un esempio di un esopianeta che ha contribuito a rafforzare il caso per l’accrescimento del nucleo.,
“Questa è una conferma della teoria di accrescimento del nucleo per la formazione del pianeta e la prova che pianeti di questo tipo dovrebbero esistere in abbondanza”, ha detto Greg Henry in un comunicato stampa. Henry, un astronomo della Tennessee State University di Nashville, rilevò l’oscuramento della stella.
Nel 2017, l’Agenzia Spaziale Europea prevede di lanciare il satellite CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite), che studierà esopianeti di dimensioni variabili dalle super-Terre a Nettuno. Studiare questi mondi lontani può aiutare a determinare come si sono formati i pianeti nel sistema solare.,
“Nello scenario di accrescimento del nucleo, il nucleo di un pianeta deve raggiungere una massa critica prima che sia in grado di accumulare gas in modo fugace”, ha affermato il team di CHEOPS. “Questa massa critica dipende da molte variabili fisiche, tra le quali la più importante è la velocità di accrescimento dei planetesimi.”
Studiando il modo in cui i pianeti crescono accrescono il materiale, CHEOPE fornirà informazioni su come crescono i mondi.
Il modello di instabilità del disco
Ma la necessità di una rapida formazione per i pianeti giganti gassosi è uno dei problemi di accrescimento del nucleo., Secondo i modelli, il processo richiede diversi milioni di anni, più a lungo di quanto i gas leggeri fossero disponibili nel primo sistema solare. Allo stesso tempo, il modello di accrescimento principale affronta un problema di migrazione, poiché è probabile che i baby pianeti si trasformino a spirale nel sole in un breve lasso di tempo.
“I pianeti giganti si formano molto velocemente, in pochi milioni di anni”, ha detto Kevin Walsh, ricercatore presso il Southwest Research Institute (SwRI) di Boulder, in Colorado Space.com. ” Questo crea un limite di tempo perché il disco di gas intorno al sole dura solo da 4 a 5 milioni di anni.,”
Secondo una teoria relativamente nuova, instabilità del disco, ciuffi di polvere e gas sono legati insieme all’inizio della vita del sistema solare. Nel corso del tempo, questi ciuffi si compattano lentamente in un pianeta gigante. Questi pianeti possono formarsi più velocemente dei loro rivali di accrescimento principale, a volte in appena 1.000 anni, permettendo loro di intrappolare i gas più leggeri che svaniscono rapidamente. Raggiungono anche rapidamente una massa stabilizzatrice dell’orbita che li impedisce di marciare verso il sole.,
Mentre gli scienziati continuano a studiare i pianeti all’interno del sistema solare, così come intorno ad altre stelle, capiranno meglio come si sono formati i giganti gassosi.
Accrescimento Pebble
La sfida più grande per l’accrescimento core è la costruzione di giganti gassosi massicci abbastanza velocemente da afferrare i componenti più leggeri della loro atmosfera. Recenti ricerche hanno rilevato come oggetti più piccoli e di dimensioni ridotte si fusero insieme per costruire pianeti giganti fino a 1.000 volte più velocemente rispetto agli studi precedenti.,
“Questo è il primo modello che conosciamo che si inizia con una struttura piuttosto semplice per la nebulosa solare da cui si formano i pianeti e si finisce con il sistema di pianeti giganti che vediamo”, ha detto l’autore principale dello studio Harold Levison, un astronomo di SwRI Space.com nel 2015.
Nel 2012, i ricercatori Michiel Lambrechts e Anders Johansen della Lund University in Svezia hanno proposto che piccoli ciottoli, una volta cancellati, detenevano la chiave per costruire rapidamente pianeti giganti.,
“Hanno dimostrato che i ciottoli rimasti da questo processo di formazione, che in precedenza si pensava non fossero importanti, potrebbero in realtà essere un’enorme soluzione al problema della formazione del pianeta”, ha detto Levison.
Levison e il suo team hanno costruito su quella ricerca per modellare in modo più preciso come i piccoli ciottoli potrebbero formare pianeti visti nella galassia oggi., Mentre le simulazioni precedenti, sia gli oggetti di grandi che quelli di medie dimensioni consumavano i loro cugini di ciottoli a un ritmo relativamente costante, le simulazioni di Levison suggeriscono che gli oggetti più grandi agivano più come bulli, strappando via i ciottoli dalle masse di medie dimensioni per crescere a un ritmo molto più veloce.
“Gli oggetti più grandi ora tendono a disperdere quelli più piccoli più di quelli più piccoli, quindi quelli più piccoli finiscono per essere sparsi fuori dal disco di ciottoli”, ha detto la co-autrice dello studio Katherine Kretke, anch’essa di SwRI Space.com., “Il ragazzo più grande fondamentalmente bulli quello più piccolo in modo che possano mangiare tutti i ciottoli stessi, e possono continuare a crescere fino a formare i nuclei dei pianeti giganti.”
Un bel modello
Originariamente, gli scienziati pensavano che i pianeti si formassero nella stessa parte del sistema solare in cui risiedono oggi. La scoperta degli esopianeti ha scosso le cose, rivelando che almeno alcuni degli oggetti più massicci potevano migrare.,
Nel 2005, un trio di articoli pubblicati sulla rivista Nature ha proposto che i pianeti giganti fossero legati in orbite quasi circolari molto più compatte di quanto non siano oggi. Un grande disco di rocce e ghiacci li circondava, estendendosi a circa 35 volte la distanza Terra-sole, appena oltre l’attuale orbita di Nettuno. Lo chiamavano il modello di Nizza, dopo la città in Francia dove ne hanno discusso per la prima volta.
Mentre i pianeti interagivano con i corpi più piccoli, sparpagliavano la maggior parte di essi verso il sole., Il processo li indusse a scambiare energia con gli oggetti, mandando Saturno, Nettuno e Urano più lontano nel sistema solare. Alla fine i piccoli oggetti raggiunsero Giove, che li mandò a volare verso il bordo del sistema solare o completamente fuori di esso.
Il movimento tra Giove e Saturno spinse Urano e Nettuno in orbite ancora più eccentriche, inviando la coppia attraverso il disco rimanente di ghiacci. Parte del materiale è stato gettato verso l’interno, dove si è schiantato contro i pianeti terrestri durante il tardo Pesante Bombardamento. Altro materiale è stato scagliato verso l’esterno, creando la fascia di Kuiper.,
Mentre si muovevano lentamente verso l’esterno, Nettuno e Urano scambiavano posti. Alla fine, le interazioni con i detriti rimanenti hanno causato la coppia a stabilirsi in percorsi più circolari mentre raggiungevano la loro attuale distanza dal sole.
Lungo la strada, è possibile che uno o anche altri due pianeti giganti siano stati cacciati dal sistema. L’astronomo David Nesvorny di SwRI ha modellato il primo sistema solare alla ricerca di indizi che potrebbero portare alla comprensione della sua storia antica.,
“Nei primi giorni, il sistema solare era molto diverso, con molti più pianeti, forse massiccia come Nettuno, di formazione e di essere sparsi in luoghi diversi,” Nesvorny detto Space.com
Acqua raccoglitori
Il sistema solare non avvolgere il suo processo di formazione, dopo che i pianeti formano. La Terra si distingue dai pianeti per il suo alto contenuto di acqua, che molti scienziati sospettano abbia contribuito all’evoluzione della vita., Ma la posizione attuale del pianeta era troppo calda per poter raccogliere acqua nel primo sistema solare, suggerendo che il liquido vivificante potrebbe essere stato consegnato dopo che è stato coltivato.
Ma gli scienziati ancora non conoscono la fonte di quell’acqua. Originariamente, sospettavano le comete, ma diverse missioni, tra cui sei che volarono dalla cometa di Halley negli 1980 e il più recente satellite Rosetta dell’Agenzia Spaziale europea, hanno rivelato che la composizione del materiale ghiacciato dalla periferia del sistema solare non corrispondeva a quella terrestre.,
La fascia degli asteroidi costituisce un’altra potenziale fonte di acqua. Diversi meteoriti hanno mostrato prove di alterazione, cambiamenti apportati all’inizio della loro vita che suggeriscono che l’acqua in qualche forma ha interagito con la loro superficie. Gli impatti dei meteoriti potrebbero essere un’altra fonte di acqua per il pianeta.
Recentemente, alcuni scienziati hanno contestato l’idea che la Terra primitiva fosse troppo calda per raccogliere l’acqua. Sostengono che, se il pianeta si fosse formato abbastanza velocemente, avrebbe potuto raccogliere l’acqua necessaria dai grani ghiacciati prima che evaporassero.,
Mentre la Terra teneva la sua acqua, Venere e Marte sarebbero stati probabilmente esposti al liquido importante più o meno allo stesso modo. L’aumento delle temperature su Venere e un’atmosfera evaporante su Marte impedivano loro di trattenere la loro acqua, tuttavia, risultando nei pianeti secchi che conosciamo oggi.