Esplorando indirettamente le profondità delle atmosfere di Urano e Nettuno, un team internazionale di scienziati ha rivelato una differenza significativa nella loro composizione chimica. Nettuno appare più ricco di ossigeno rispetto a Urano. Tali risultati suggeriscono che i due giganti ghiacciati potrebbero essersi formati in regioni diverse del Sistema Solare primordiale prima di raggiungere le loro orbite attuali, mettendo in discussione l’ipotesi di un’origine comune per questi due pianeti, spesso considerati gemelli. Urano e Nettuno sono i pianeti meno esplorati del Sistema Solare. Solo la sonda Voyager 2 li ha sorvolati, rispettivamente nel 1986 e nel 1989. Eppure, comprendere la loro origine rappresenta una sfida importante per la scienza planetaria: pianeti di dimensioni analoghe costituiscono oltre la metà dei circa 6.000 esopianeti scoperti finora.
Per ricostruire la storia di questi due mondi, gli scienziati cercano di determinare la composizione dei loro strati profondi, inaccessibili all’osservazione diretta a causa, tra l’altro, della presenza di numerosi strati nuvolosi sovrapposti. È dunque necessario individuare dei traccianti in grado di rivelarne indirettamente la composizione. Il monossido di carbonio (CO) è uno di questi: prodotto o presente negli strati profondi dell’atmosfera, può essere trasportato attraverso i vari strati di nubi fino ad altitudini accessibili all’osservazione. La sua concentrazione offre così una finestra su regioni situate ben al di sotto delle nubi visibili.
Lo studio
In questo nuovo studio, pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, un team internazionale di ricercatori ha combinato modelli numerici – che descrivono la chimica e il trasporto atmosferico – con recenti osservazioni del monossido di carbonio, ottenute in particolare grazie all’interferometro ALMA. Questo approccio ha permesso di definire il rapporto tra l’abbondanza di carbonio e quella di ossigeno (C/O) nelle profondità di Urano e Nettuno. Tale rapporto costituisce un’impronta chimica dei materiali da cui si sono formati i pianeti.
Nettuno più ricco di ossigeno
Come già suggerito in lavori precedenti, Nettuno appare decisamente più ricco di ossigeno rispetto a Urano. Se si considera anche l’abbondanza di carbonio, questa differenza si traduce in un rapporto C/O più basso per Nettuno, sebbene gli intervalli dei valori possibili si sovrappongano tra i due pianeti. Questa differenza è difficile da spiegare se i due pianeti si sono formati a partire da materiali con la stessa composizione, in una regione analoga del disco di gas e polveri che circondava il giovane Sole.
Storie di formazione distinte?
Confrontando tali risultati con un modello che descrive l’evoluzione chimica del Sistema Solare primordiale, gli scienziati mostrano che Urano e Nettuno potrebbero aver avuto storie di formazione distinte. Urano potrebbe essersi formato relativamente lontano dal Sole, vicino alla sua orbita attuale, mentre Nettuno potrebbe essere emerso inizialmente più vicino al Sole – in una zona in cui i materiali solidi erano più ricchi di ossigeno – per poi migrare verso l’orbita che occupa oggi. Tuttavia, le modalità di formazione e gli spostamenti di questi pianeti all’interno del Sistema Solare primordiale restano ancora da chiarire.
Necessarie ulteriori ricerche
Questi nuovi risultati non consentono ancora una ricostruzione definitiva della storia dei due pianeti. In particolare, la circolazione verticale negli strati profondi delle loro atmosfere rimane una delle principali fonti di incertezza. Saranno necessarie nuove osservazioni per definire meglio la composizione profonda di tali pianeti e verificare questi scenari. Una missione di esplorazione dedicata ai giganti ghiacciati – come il progetto “Uranus Orbiter and Probe” (UOP), indicato nel 2023 dalla National Academy of Sciences statunitense come priorità assoluta per il prossimo decennio – permetterebbe di far ulteriore luce sull’origine di questi mondi, ancora in gran parte sconosciuti.