Una superficie lunare fortemente craterizzata dal bombardamento di asteroidi. Credito immagine: NASA Clicca per ingrandire
Le collisioni mordi e fuggi tra pianeti embrionali durante un periodo critico nella prima storia del Sistema Solare possono spiegare alcune proprietà precedentemente inspiegabili di pianeti, asteroidi e meteoriti, secondo i ricercatori dell'Università della California, a Santa Cruz, che hanno descritto le loro scoperte nel numero del 12 gennaio della rivista Nature.
I quattro pianeti “terrestri” o rocciosi (Terra, Marte, Venere e Mercurio) sono il prodotto di un periodo iniziale, della durata di decine di milioni di anni, di violente collisioni tra corpi planetari di varie dimensioni. Gli scienziati hanno considerato questi eventi principalmente in termini di accrescimento di nuovo materiale e altri effetti sul pianeta colpito, mentre poca attenzione è stata data all'impattore. (Per definizione, l'impattore è il più piccolo dei due corpi in collisione.)
Ma quando i pianeti si scontrano, non sempre restano uniti. Circa la metà delle volte, un dispositivo di simulazione delle dimensioni di un pianeta che colpisce un altro corpo delle dimensioni di un pianeta rimbalza e queste collisioni 'mordi e fuggi' hanno conseguenze drastiche per il dispositivo di simulazione, ha affermato Erik Asphaug, professore associato di Scienze della Terra presso l'UCSC e primo autore di la carta Natura.
'Finisci con pianeti che lasciano la scena del crimine con un aspetto molto diverso da quando sono entrati: possono perdere la loro atmosfera, la crosta e persino il mantello, oppure possono essere fatti a pezzi in una famiglia di oggetti più piccoli', ha detto Asphaug .
I resti di questi impattatori distrutti possono essere trovati in tutta la cintura di asteroidi e tra i meteoriti, che sono frammenti di altri corpi planetari che sono atterrati sulla Terra, ha detto. Anche il pianeta Mercurio potrebbe essere stato un impattatore mordi e fuggi a cui molti dei suoi strati esterni sono stati strappati via, lasciandolo con un nucleo relativamente grande e una crosta e un mantello sottili, ha detto Asphaug. Questo scenario rimane tuttavia speculativo e richiede ulteriori studi, ha affermato.
Asphaug e il ricercatore post-dottorato Craig Agnor hanno utilizzato potenti computer per eseguire simulazioni di una serie di scenari, da incontri di pascolo a colpi diretti tra pianeti di dimensioni comparabili. Il coautore Quentin Williams, professore di Scienze della Terra all'UCSC, ha analizzato i risultati di queste simulazioni in termini di effetti sulla composizione e sullo stato finale degli oggetti residui.
I ricercatori hanno scoperto che anche incontri ravvicinati in cui i due oggetti non si scontrano effettivamente possono influenzare gravemente l'oggetto più piccolo.
'Quando due oggetti massicci passano l'uno vicino all'altro, le forze gravitazionali inducono drammatici cambiamenti fisici: decompressione, fusione, rimozione del materiale e persino annientamento dell'oggetto più piccolo', ha detto Williams. 'Puoi fare molta fisica e chimica sugli oggetti nel Sistema Solare senza nemmeno toccarli'.
Un pianeta esercita un'enorme pressione su se stesso attraverso l'autogravità, ma l'attrazione gravitazionale di un oggetto più grande che passa nelle vicinanze può far cadere precipitosamente quella pressione. Gli effetti di questa depressurizzazione possono essere esplosivi, ha detto Williams.
'È come stappare la bevanda più gassata del mondo', ha detto. “Ciò che accade quando un pianeta viene decompresso del 50 percento è qualcosa che non comprendiamo molto bene in questa fase, ma può spostare la chimica e la fisica ovunque, producendo una complessità di materiali che potrebbe benissimo spiegare l'eterogeneità vediamo nei meteoriti.”
Si pensa che la formazione dei pianeti terrestri sia iniziata con una fase di lieve accrescimento all'interno di un disco di gas e polvere attorno al Sole. I pianeti embrionali hanno divorato gran parte del materiale intorno a loro fino a quando il Sistema Solare interno ha ospitato circa 100 pianeti dalle dimensioni della Luna a quelle di Marte, ha detto Asphaug. Le interazioni gravitazionali tra loro e con Giove hanno poi fatto uscire questi protopianeti dalle loro orbite circolari, dando inizio a un'era di impatti giganti che probabilmente è durata dai 30 ai 50 milioni di anni, ha detto.
Gli scienziati hanno usato i computer per simulare la formazione dei pianeti terrestri da centinaia di corpi più piccoli, ma la maggior parte di queste simulazioni ha ipotizzato che quando i pianeti si scontrano si attaccano, ha detto Asphaug.
'Abbiamo sempre saputo che è un'approssimazione, ma in realtà non è facile per i pianeti fondersi', ha detto. 'I nostri calcoli mostrano che devono muoversi abbastanza lentamente e colpire quasi frontalmente per crescere'.
È facile per un pianeta attrarre e accrescere un oggetto molto più piccolo di se stesso. Negli impatti giganti tra corpi di dimensioni planetarie, tuttavia, l'impattore è di dimensioni paragonabili al bersaglio. Nel caso in cui un dispositivo di simulazione delle dimensioni di Marte colpisca un bersaglio delle dimensioni della Terra, il dispositivo di simulazione sarebbe un decimo della massa ma completamente la metà del diametro della Terra, ha affermato Asphaug.
“Immagina due pianeti che collidono, uno grande la metà dell'altro, con un tipico angolo di impatto di 45 gradi. Circa la metà del pianeta più piccolo non interseca realmente il pianeta più grande, mentre l'altra metà è bloccata di colpo', ha detto Asphaug. “Quindi c'è un enorme taglio in corso, e poi ci sono forze di marea incredibilmente potenti che agiscono a distanze ravvicinate. La combinazione funziona per separare il pianeta più piccolo anche mentre sta partendo, quindi nei casi più gravi l'impattore perde una grande frazione del suo mantello, per non parlare della sua atmosfera e della sua crosta».
Secondo Agnor, l'intero problema della formazione dei pianeti è estremamente complesso e per svelare il ruolo svolto dalle collisioni frammentarie mordi e fuggi richiederà ulteriori studi. Esaminando le collisioni planetarie dal punto di vista dell'impattore, tuttavia, i ricercatori dell'UCSC hanno identificato meccanismi fisici che possono spiegare molte caratteristiche sconcertanti degli asteroidi.
Le collisioni mordi e fuggi possono produrre una vasta gamma di diversi tipi di asteroidi, ha detto Williams. 'Alcuni asteroidi sembrano piccoli pianeti, non molto disturbati, e all'altra estremità dello spettro ci sono quelli che sembrano ossa di cane ricche di ferro nello spazio', ha detto. “Questo è un meccanismo che può rimuovere diverse quantità del materiale roccioso che compone la crosta e il mantello. Ciò che rimane può variare dal solo nucleo ricco di ferro attraverso un'intera serie di miscele con diverse quantità di silicati.
Uno degli enigmi della fascia degli asteroidi è l'evidenza del diffuso scioglimento globale degli asteroidi. Il riscaldamento a impatto è inefficiente perché deposita calore localmente. Non è chiaro cosa potrebbe trasformare un asteroide in un grande blob fuso, ma la depressurizzazione in una collisione mordi e fuggi potrebbe fare il trucco, ha detto Asphaug.
'Se la pressione scende di un fattore due, puoi passare da qualcosa che è semplicemente caldo a qualcosa di fuso', ha detto.
La depressurizzazione può anche far evaporare l'acqua e rilasciare gas, il che spiegherebbe perché molti meteoriti differenziati tendono ad essere privi di acqua e altre sostanze volatili. Questi e altri processi coinvolti nelle collisioni mordi e fuggi dovrebbero essere studiati in modo più dettagliato, ha affermato Asphaug.
'È un nuovo meccanismo per l'evoluzione planetaria e la formazione di asteroidi e suggerisce molti scenari interessanti che meritano ulteriori studi', ha affermato.
Fonte originale: Astrobiologia della NASA