Nuove scoperte sulla formazione della Terra

Sebbene la Terra sia stata studiata in dettaglio per molto tempo, alcune domande fondamentali non hanno ancora trovato risposta. Una di queste riguarda la formazione del nostro pianeta, le cui origini sono ancora poco chiare per i ricercatori. Ora un team di ricerca internazionale guidato dall'ETH di Zurigo e dal Centro Nazionale di Competenza per la Ricerca PlanetS propone una nuova risposta a questa domanda basata su esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer. I ricercatori hanno pubblicato il loro studio sulla rivista scientifica Nature Astronomy.

Una discrepanza inspiegabile

"La teoria prevalente in astrofisica e cosmochemica è che la Terra si sia formata dai cosiddetti 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 di questa teoria è che nessuna miscela di queste condriti può spiegare l'esatta composizione della Terra. ? molto più povera di elementi leggeri e volatili come l'idrogeno e l'elio di quanto ci si aspetterebbe".

Nel corso degli anni sono state formulate varie ipotesi per spiegare questa discrepanza. Ad esempio, è stato ipotizzato che le collisioni degli oggetti che hanno poi formato la Terra abbiano provocato un forte riscaldamento. Questo ha vaporizzato gli elementi leggeri, lasciando dietro di sé un pianeta con l'attuale composizione della Terra.

Tuttavia, se si misura la composizione isotopica dei diversi elementi sulla Terra, queste teorie diventano poco plausibili, è convinto Sossi: "Gli isotopi di un elemento chimico hanno tutti lo stesso numero di protoni, ma un numero diverso di neutroni. Gli isotopi con meno neutroni sono più leggeri e dovrebbero quindi essere in grado di fuoriuscire più facilmente. Se la teoria della vaporizzazione per riscaldamento fosse corretta, oggi sulla Terra si troverebbe un numero inferiore di questi isotopi leggeri rispetto alle condriti originali. Ma questo è esattamente ciò che le misurazioni isotopiche non mostrano".

Un crogiolo cosmico

Il team di Sossi ha quindi cercato una soluzione diversa. "I modelli dinamici che utilizziamo per simulare la formazione dei pianeti mostrano che i pianeti del nostro sistema solare si sono formati gradualmente. I grani inizialmente piccoli sono cresciuti nel tempo fino a diventare planetesimi di dimensioni chilometriche, accumulando sempre più materiale grazie alla loro attrazione gravitazionale", spiega Sossi. Come le condriti, anche i planetesimi sono piccoli corpi di roccia e metallo. Ma a differenza delle condriti, sono stati riscaldati a sufficienza per differenziarsi in un nucleo metallico e in un mantello roccioso. "Inoltre, i planetesimi che si sono formati in aree diverse intorno al giovane sole o in tempi diversi possono avere composizioni chimiche molto diverse", aggiunge Sossi. La domanda ora è: la combinazione casuale di diversi planetesimi potrebbe effettivamente portare a una composizione che corrisponde a quella della Terra?

Per scoprirlo, il team ha effettuato simulazioni in cui migliaia di planetesimi si scontravano tra loro nel sistema solare primordiale. I modelli sono stati progettati in modo tale che, nel corso del tempo, si sono formati corpi celesti che corrispondono ai quattro pianeti rocciosi Mercurio, Venere, Terra e Marte. Le simulazioni mostrano ora che una miscela di molti planetesimi diversi potrebbe effettivamente portare alla composizione effettiva della Terra. Inoltre, la composizione della Terra è addirittura il risultato statisticamente più probabile di queste simulazioni.

Un progetto per altri pianeti

"Anche se lo sospettavamo, questo risultato è stato davvero notevole per noi", ricorda Sossi. "Ora non solo abbiamo un meccanismo che spiega meglio la formazione della Terra, ma anche un riferimento per spiegare la formazione di altri pianeti rocciosi", dice il ricercatore. Ad esempio, il meccanismo potrebbe essere utilizzato per prevedere come la composizione di Mercurio differisca da quella di 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 se si vuole capire la formazione dei pianeti", dice Sossi. "Spero che i nostri risultati portino a una più stretta collaborazione tra i ricercatori di questi due campi".