I nostri modelli convenzionali di formazione dei pianeti potrebbero dover essere aggiornati, secondo un paio di nuovi documenti.
Accrescimento è la parola chiave nell'attuale teoria della formazione dei pianeti. L'idea è che i pianeti si siano formati dalla nebulosa solare, il materiale rimasto dopo la formazione del Sole. Lo hanno fatto attraverso l'accrescimento, dove piccole particelle si accumulano in oggetti più massicci. Questi enormi oggetti delle dimensioni di un macigno, chiamati planetesimi, hanno continuato a fondersi insieme in entità più grandi, a volte attraverso collisioni. Alla fine, attraverso ripetute fusioni e collisioni, il Sistema Solare interno fu popolato da quattro pianeti rocciosi.
Ma la nuova ricerca suggerisce che le collisioni si sono svolte in modo molto diverso da quanto pensato e che gli oggetti si sono scontrati tra loro più volte, in una serie di colpi e fughe, prima di fondersi. Questa ricerca riempie alcuni buchi ostinati nella nostra attuale comprensione.
I due nuovi articoli sono pubblicati su The Planetary Science Journal. Il primo riguarda il mordi e fuggi nelle ultime fasi di formazione della Terra e di Venere. Si intitola ' Catene di collisione tra i pianeti terrestri. II. Un'asimmetria tra Terra e Venere. L'autore principale è Alexandre Emsenhuber, che era al Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona al momento in cui questo lavoro è stato svolto.
I ricercatori si sono basati su simulazioni 3D di impatti giganti e sull'apprendimento automatico basato su tali impatti. Hanno scoperto che il mordi e fuggi o le catene di collisione sono comuni quanto gli eventi di accrescimento nelle fasi successive della formazione planetaria, almeno per Venere e la Terra. E hanno anche scoperto che la Terra ha agito come una sorta di avanguardia per Venere, aiutando a guidare gli impattatori in Venere.
Gli autori propongono un modello mordi e fuggi e ritorna per i pianeti terrestri e hanno prove a sostegno. Dicono che i corpi pre-planetari avrebbero trascorso molto tempo a schiantarsi contro ciascuno, rimbalzando e tornando a schiantarsi di nuovo l'uno contro l'altro. Dal momento che la collisione iniziale li avrebbe rallentati, sarebbe più probabile che rimangano uniti nelle collisioni successive. Mentre il modello di accrescimento è spesso paragonato a un pupazzo di neve con ogni palla di neve attaccata a lui, questo modello è più simile al biliardo. Ci sono collisioni successive, con ogni collisione a velocità ridotta, finché le cose non si calmano.
Il punto centrale della ricerca è che gli impatti giganti non sono eventi di formazione planetaria efficienti.
'Troviamo che la maggior parte degli impatti giganti, anche quelli relativamente 'lenti', sono mordi e fuggi. Ciò significa che affinché due pianeti si uniscano, di solito devi prima rallentarli in una collisione mordi e fuggi', ha affermato Erik Asphaug, coautore di LPL presso l'Università dell'Arizona. “Pensare a impatti giganti, ad esempio la formazione della luna, come un evento singolare è probabilmente sbagliato. Più probabilmente ci sono volute due collisioni di fila”.
Il primo dei due articoli si concentra su Venere e la Terra, spesso chiamati 'pianeti fratelli'. Ma per i pianeti gemelli, ci sono alcune differenze sconcertanti tra i due quando si tratta di composizione, geologia e formazione dei satelliti. I ricercatori pensano di sapere perché.
'Pensiamo che durante la formazione del sistema solare, la Terra primordiale abbia agito come un'avanguardia per Venere'.
Alexandre Emsenhuber, autore principale.
Il primo sistema solare era un periodo caotico, con oggetti che si scontravano l'uno con l'altro. Il nuovo modello mostra che la Terra e Venere avevano una relazione insolita. Dicono che la Terra abbia agito come una sorta di avanguardia per Venere. Quando gli oggetti hanno colpito la Terra e sono rimbalzati su di essi, molti di loro sono stati inviati verso Venere a una velocità inferiore. In questo modo, Venere ha accumulato più oggetti dal Sistema Solare esterno.
'La Terra funge da scudo, fornendo una prima fermata contro questi pianeti che impattano', ha detto Asphaug. “Più probabilmente, un pianeta che rimbalza sulla Terra colpirà Venere e si fonderà con esso”. Parte della ragione di ciò è che il Sistema Solare è come un pozzo gravitazionale. Più un oggetto si avvicina al Sole, più è probabile che vi rimanga. Poiché Venere è più vicina, più oggetti si sono attaccati ad essa dopo aver colpito la Terra e rimbalzando. '... un impattore che si scontra con Venere è abbastanza felice di rimanere nel sistema solare interno, quindi ad un certo punto colpirà di nuovo Venere', ha spiegato Asphaug.
Terra, Venere, Marte e Mercurio. Secondo la teoria dell''accrescimento in fase avanzata', Marte e Mercurio (anteriore sinistro e destro) sono ciò che resta di una popolazione originale di embrioni in collisione, e Venere e la Terra sono cresciute in una serie di impatti giganteschi. Una nuova ricerca si concentra sulla preponderanza delle collisioni mordi e fuggi negli impatti giganti e mostra che la proto-Terra sarebbe servita come 'avanguardia', rallentando corpi di dimensioni planetarie in colpi e fuggi. Ma è proto-Venere, il più delle volte, che alla fine li accresce, il che significa che era più facile per Venere acquisire corpi dal sistema solare esterno. Credito immagine: Lsmpascal – Wikimedia Commons
Ma la Terra non ha avanguardia. Non c'è niente che possa rallentare gli oggetti che si insinuano dal Sistema Solare esterno. Di conseguenza, molti oggetti sono semplicemente rimbalzati. E poiché gli oggetti sono attratti dal centro del pozzo di gravità, è improbabile che incontrino di nuovo la Terra. Invece incontrano Venere. Questa discrepanza potrebbe spiegare le differenze tra Venere e la Terra. Nei colpi e fughe a bassa velocità '... il corridore è un residuo identificabile del proiettile (ad esempio un nucleo spogliato del mantello, a volte a malapena)...' scrivono gli autori.
'L'idea prevalente è che non importa se i pianeti si scontrano e non si fondono subito, perché a un certo punto si incontreranno di nuovo e poi si fonderanno', ha detto Emsenhuber. “Ma non è quello che troviamo. Scopriamo che finiscono per diventare più frequentemente parte di Venere, invece di tornare sulla Terra. È più facile andare dalla Terra a Venere che il contrario».
Nella maggior parte dei casi di mordi e fuggi, la maggior parte del proiettile sopravvive all'impatto. Ma la sua velocità può essere notevolmente ridotta e la sua traiettoria cambiata. Se il corridore è sufficientemente rallentato, entrambi i corpi possono rimanere legati gravitazionalmente l'uno all'altro. In tal caso, i ricercatori lo chiamano graze-and-merge.
Il documento ha raggiunto quattro conclusioni correlate.
- I pianeti terrestri non sono stati isolati l'uno dall'altro durante le fasi successive della formazione planetaria. I corridori in fuga da un mordi e fuggi con un pianeta rischiano di scontrarsi con un altro pianeta.
- Le lunghe catene di collisione sono meno probabili perché il proiettile ha bisogno di una velocità iniziale così elevata e i corridori ad alta velocità hanno meno probabilità di tornare.
- La Terra fungeva da avanguardia per Venere, rallentando i proiettili in fase avanzata e inviandoli verso Venere. La Terra ha accumulato solo circa la metà dei proiettili, al massimo, che si sono scontrati con essa.
- I corridori della Terra hanno la stessa probabilità di scontrarsi con Venere quanto di tornare sulla Terra. Ma Venere mantiene la maggior parte dei suoi corridori.
La luna
Il secondo articolo tratta della Luna e della sua formazione. Il titolo è ' Catene di collisione tra i pianeti terrestri. III. Formazione della Luna.” È anche pubblicato su The Planetary Science Journal. L'autore principale è Erik Asphaug, della LPL presso l'Università dell'Arizona.
La teoria prevalente dice che la giovane Terra fu colpita da un pianeta chiamato Theia circa 4,5 miliardi di anni fa. La Terra ha un nucleo più grande di quanto dovrebbe avere per le sue dimensioni, e questo è venuto da Theia. L'impatto distrusse Theia e gran parte della sua massa fu mandata in orbita attorno alla Terra. Alla fine si unì alla Luna.
Ma ci sono alcuni problemi irrisolti in questo scenario. La velocità di collisione dovrebbe essere molto bassa e la composizione isotopica della Terra e della Luna è quasi identica. Un singolo impatto a bassa velocità non consentirebbe di mescolare tutto il materiale abbastanza da rendere le composizioni isotopiche così simili.
'Il modello standard per la luna richiede una collisione molto lenta, relativamente parlando', ha detto Asphaug, 'e crea una luna che è composta principalmente dal pianeta impattante, non dalla proto-Terra, che è un grosso problema poiché la luna ha una chimica isotopica quasi identica alla Terra”.
'La collisione 'graze-and-merge' porta in orbita una frazione del mantello di Theia, mentre la Terra accumula la maggior parte di Theia e del suo slancio', scrivono gli autori nel loro articolo. “Tuttavia, una Luna che deriva principalmente dal mantello di Theia, come impone il momento angolare, è sfidata dal fatto che O, Ti, Cr, W radiogeno e altri elementi sono indistinguibili nella Terra e nelle rocce lunari”.
Si pensa che la luna sia la conseguenza di un impatto gigantesco. Secondo una nuova teoria, ci sono stati due giganteschi impatti consecutivi, separati da circa 1 milione di anni, che hanno coinvolto una 'Theia' delle dimensioni di Marte e la proto-Terra. In questa immagine, la collisione proposta è simulata in 3D, mostrata circa un'ora dopo l'impatto. Una vista in sezione mostra i nuclei di ferro. Theia (o la maggior parte di esso) sfugge a malapena, quindi è probabile una collisione successiva. Credito immagine: A. Emsenhuber/Università di Berna/Università di Monaco.
Nel nuovo modello del team, non c'è una sola collisione, ma due. Quando Theia si scontra con la Terra, si muove un po' più velocemente e rimbalza sulla Terra in un mordi e fuggi. Circa un milione di anni dopo ritorna. Si scontra di nuovo con la Terra, in un impatto gigante simile al modello esistente.
'Il doppio impatto mescola le cose molto più di un singolo evento', ha detto Asphaug, 'il che potrebbe spiegare la somiglianza isotopica della Terra e della luna, e anche come sarebbe avvenuta la seconda, lenta collisione di fusione in primo luogo'.
Questa figura dello studio illustra lo scenario mordi e fuggi e ritorno per la formazione della Luna. Sulla sinistra c'è il primo impatto mordi e fuggi. Alla fine la Terra e Theis si incontrano di nuovo, in circa un milione di anni, e si fondono in un disco. La Terra e la Luna si formano da quel disco omogeneizzato. Questo modello spiega la composizione isotopica quasi identica della Terra e della Luna. Credito immagine: Asphaug et al 2021.
Questo nuovo modello di impatti mordi e fuggi e catene di collisioni ha il potenziale per spiegare alcune cose sconcertanti sui pianeti terrestri. Se il modello di accrescimento standard è corretto, perché i pianeti interni sono così diversi? Perché Venere non ha una luna tutta sua? Perché la Terra ha un forte scudo magnetico e Venere uno così debole?
Asphaug afferma che la loro ricerca aiuta a spiegare come potrebbero essere sorte queste differenze.
'Secondo noi, la Terra avrebbe accresciuto la maggior parte del suo materiale da collisioni che sono state colpi frontali, oppure più lente di quelle sperimentate da Venere', ha detto. 'Le collisioni sulla Terra più oblique e con una velocità maggiore sarebbero finite preferibilmente su Venere'.
Il buon senso suggerisce che la Terra avrebbe più materiale dal Sistema Solare esterno perché è più vicino ad esso di quanto non lo sia Venere. Ma questa ricerca suggerisce il contrario. I proiettili del sistema solare esterno viaggeranno probabilmente più velocemente, quindi rimbalzerebbero sulla Terra in un mordi e fuggi. Molti di quei proiettili avrebbero trovato la strada per Venere e sarebbero diventati parte di quel pianeta. Quindi le differenze di Venere potrebbero essere attribuite alla sua maggiore componente del materiale esterno del Sistema Solare.
“Si potrebbe pensare che la Terra sia costituita da più materiale del sistema esterno perché è più vicina al sistema solare esterno di Venere. Ma in realtà, con la Terra in questo ruolo di avanguardia, è più probabile che Venere accumuli materiale esterno del sistema solare', ha detto Asphaug.
Questa ricerca potrebbe anche spiegare perché Venere non ha la Luna, anche se questa ipotesi rende più probabile che il pianeta ne acquisisca una. 'Sebbene Venere potrebbe essere stato più probabile che la Terra abbia acquisito un enorme satellite secondo la nostra ipotesi, potrebbe anche essere stato più probabile che ne abbia perso uno', scrivono gli autori. “Per lo stesso motivo per cui Venere riaccresce una frazione maggiore dei suoi corridori, rispetto alla Terra, riaccresce anche una frazione maggiore dei suoi giganteschi detriti da impatto, di cui produce di più per un dato proiettile”. Poiché l'orbita di Venere è più piccola della Terra, i detriti dell'impatto si scontreranno con essa prima. Tutti quei detriti di ritorno potrebbero erodere o addirittura distruggere qualsiasi satellite naturale che Venere potrebbe aver acquisito.
Nel complesso, questa ricerca suggerisce una maggiore interconnessione tra i pianeti terrestri. Una maggiore comprensione della geologia, della stratificazione e della solidificazione della Luna potrebbe aiutare a confermare il nuovo modello. Così potrebbero emergere campioni da Venere.
Ma questo è molto lontano in futuro.
Di più:
- Comunicato stampa: Terra e Venere sono cresciuti come pianeti turbolenti
- Carta: Catene di collisione tra i pianeti terrestri. II. Un'asimmetria tra Terra e Venere
- Carta: Catene di collisione tra i pianeti terrestri. III. Formazione della Luna
- Universo oggi: Le prime immagini e video del Double Venus Flyby