Sebbene la Terra sia stata studiata a lungo e in dettaglio, alcune domande fondamentali devono ancora trovare risposta. Una di queste riguarda la formazione del nostro pianeta, sui cui inizi i ricercatori non sono ancora certi. Un team di ricerca internazionale guidato dall'ETH di Zurigo e dal Centro nazionale di competenza nella ricerca PlanetS avanza ora una nuova risposta a questa domanda basata su esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer. I ricercatori hanno pubblicato il loro studio sulla rivista Nature Astronomy.
Una discrepanza inspiegabile
“La teoria prevalente in astrofisica e cosmochimica è che la Terra si sia formata da asteroidi condritici. Si tratta di blocchi di roccia e metallo relativamente piccoli e semplici che si sono formati all'inizio del sistema solare", spiega l'autore principale dello studio, Paolo Sossi, Professore di Planetologia sperimentale all'ETH di Zurigo. "Il problema con questa teoria è che nessuna miscela di queste condriti può spiegare l'esatta composizione della Terra, che è molto più povera di elementi volatili come idrogeno ed elio di quanto ci saremmo aspettati".
Diverse ipotesi sono state avanzate nel corso degli anni per spiegare questa discrepanza. Ad esempio, è stato ipotizzato che le collisioni degli oggetti che in seguito formarono la Terra generassero enormi quantità di calore. Questo ha vaporizzato gli elementi leggeri, lasciando il pianeta nella sua attuale composizione.
Tuttavia, Sossi è convinto che queste teorie siano rese poco plausibili non appena si misura la composizione isotopica dei diversi elementi della Terra: “gli isotopi di un elemento chimico hanno tutti lo stesso numero di protoni, sebbene un numero diverso di neutroni. Gli isotopi con meno neutroni sono più leggeri e dovrebbero quindi essere in grado di sfuggire più facilmente. Se la teoria della vaporizzazione per riscaldamento fosse corretta, oggi sulla Terra troveremmo meno di questi isotopi leggeri che nelle condriti originali. Ma questo è esattamente ciò che le misurazioni degli isotopi non mostrano”.
Il team di Sossi ha quindi cercato un'altra soluzione. “I modelli dinamici con cui simuliamo la formazione dei pianeti mostrano che i pianeti nel nostro sistema solare si sono formati progressivamente. Piccoli granelli sono cresciuti nel tempo fino a diventare planetesimi di dimensioni chilometriche accumulando sempre più materiale attraverso la loro attrazione gravitazionale", spiega Sossi. Simili alle condriti, anche i planetesimi sono piccoli corpi di roccia e metallo. Ma a differenza delle condriti, sono stati riscaldati sufficientemente per differenziarsi in un nucleo metallico e un mantello roccioso. "Inoltre, i planetesimi che si sono formati in aree diverse attorno al giovane Sole o in momenti diversi possono avere composizioni chimiche molto diverse", aggiunge Sossi. La domanda ora è se la combinazione casuale di diversi planetesimi si traduce effettivamente in una composizione che corrisponde a quella della Terra.
Per scoprirlo, il team ha eseguito simulazioni in cui migliaia di planetesimi si sono scontrati tra loro agli albori del sistema solare. I modelli sono stati progettati in modo tale da riprodurre, nel tempo, corpi celesti che corrispondono ai quattro pianeti rocciosi Mercurio, Venere, Terra e Marte. Le simulazioni mostrano che una miscela di molti planetesimi diversi potrebbe portare alla composizione effettiva della Terra. Inoltre, la composizione della Terra è persino il risultato statisticamente più probabile di queste simulazioni.
Un modello per altri pianeti
"Anche se lo sospettavamo, abbiamo comunque trovato questo risultato davvero notevole", afferma Sossi. "Ora non abbiamo solo un meccanismo che spiega meglio la formazione della Terra, ma abbiamo anche un riferimento per spiegare la formazione degli altri pianeti rocciosi", aggiunge il ricercatore. Il meccanismo potrebbe essere utilizzato, ad esempio, per prevedere come la composizione di Mercurio differisca da quella degli altri pianeti rocciosi. O come potrebbero essere composti gli esopianeti rocciosi di altre stelle.
"Il nostro studio mostra quanto sia importante considerare sia la dinamica che la chimica quando si cerca di comprendere la formazione planetaria. Spero che i nostri risultati portino a una più stretta collaborazione tra i ricercatori in questi due campi”, conclude Sossi.
