Da tempo immemorabile, gli umani hanno cercato la risposta su come è nato l'Universo. Tuttavia, è stato solo negli ultimi secoli, con la Rivoluzione Scientifica, che le teorie predominanti sono state di natura empirica. Fu durante questo periodo, dal XVI al XVIII secolo, che astronomi e fisici iniziarono a formulare spiegazioni basate sull'evidenza di come ebbero inizio il nostro Sole, i pianeti e l'Universo.
Quando si tratta della formazione del nostro Sistema Solare, la visione più ampiamente accettata è conosciuta come la Ipotesi nebulare . In sostanza, questa teoria afferma che il Sole, i pianeti e tutti gli altri oggetti del Sistema Solare si sono formati da materiale nebuloso miliardi di anni fa. Originariamente proposta per spiegare l'origine del Sistema Solare, questa teoria è diventata una visione ampiamente accettata di come sono nati tutti i sistemi stellari.
Ipotesi nebulare:
Secondo questa teoria, il Sole e tutti i pianeti del nostro Sistema Solare sono nati come una gigantesca nube di gas e polvere molecolari. Poi, circa 4,57 miliardi di anni fa, accadde qualcosa che causò il collasso della nuvola. Questo potrebbe essere stato il risultato di una stella che passa o di onde d'urto da una supernova, ma il risultato finale è stato un collasso gravitazionale al centro della nuvola.
Da questo crollo, sacche di polvere e gas hanno cominciato a raccogliersi in regioni più dense. Poiché le regioni più dense attiravano sempre più materia, la conservazione della quantità di moto ne faceva iniziare la rotazione, mentre l'aumento della pressione ne provocava il surriscaldamento. La maggior parte del materiale è finita in una palla al centro mentre il resto della materia si è appiattito in un disco che gli girava intorno. Mentre la palla al centro formava il Sole, il resto del materiale si sarebbe formato nel disco protoplanetario .
I pianeti si sono formati per accrescimento da questo disco, in cui polvere e gas gravitavano insieme e si univano per formare corpi sempre più grandi. A causa dei loro punti di ebollizione più elevati, solo metalli e silicati potrebbero esistere in forma solida più vicini al Sole, e questi alla fine formerebbero i pianeti terrestri di Mercurio , Venere , terra , e marzo . Poiché gli elementi metallici comprendevano solo una frazione molto piccola della nebulosa solare, i pianeti terrestri non potevano crescere molto.
Al contrario, i pianeti giganti ( Giove , Saturno , Urano , e Nettuno ) formato oltre il punto tra le orbite di Marte e Giove dove il materiale è abbastanza freddo da permettere ai composti ghiacciati volatili di rimanere solidi (cioè il Linea Gelo ). I ghiacci che hanno formato questi pianeti erano più abbondanti dei metalli e dei silicati che hanno formato i pianeti interni terrestri, permettendo loro di crescere abbastanza massicci da catturare grandi atmosfere di idrogeno ed elio. I detriti rimanenti che non sono mai diventati pianeti si sono radunati in regioni come il Fascia di asteroidi , Cintura del bottaio , e Nube di Oort .
Rappresentazione artistica del primo sistema solare, dove la collisione tra le particelle in un disco di accrescimento ha portato alla formazione di planetesimi e infine di pianeti. Credito: NASA/JPL-Caltech
Entro 50 milioni di anni, la pressione e la densità dell'idrogeno al centro della protostella divennero abbastanza grandi da far iniziare la fusione termonucleare. La temperatura, la velocità di reazione, la pressione e la densità aumentarono fino a equilibrio idrostatico è stato raggiunto. A questo punto, il Sole è diventato una stella della sequenza principale. Il vento solare del Sole ha creato il eliosfera e spazzò via il gas e la polvere rimanenti dal disco protoplanetario nello spazio interstellare, ponendo fine al processo di formazione planetaria.
Storia dell'ipotesi nebulare:
L'idea che il Sistema Solare abbia avuto origine da una nebulosa fu proposta per la prima volta nel 1734 dallo scienziato e teologo svedese Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, che conosceva bene il lavoro di Swedenborg, sviluppò ulteriormente la teoria e la pubblicò nel suoStoria naturale universale e teoria dei cieli(1755). In questo trattato, sosteneva che le nubi gassose (nebulose) ruotano lentamente, collassando e appiattendosi gradualmente a causa della gravità e formando stelle e pianeti.
Un modello simile ma più piccolo e dettagliato è stato proposto da Pierre-Simon Laplace nel suo trattatoEsposizione del sistema dumondo(Esposizione del sistema del mondo), che pubblicò nel 1796. Laplace teorizzò che il Sole originariamente avesse un'atmosfera calda estesa in tutto il Sistema Solare e che questa 'nube di protostelle' si fosse raffreddata e si fosse contratta. Man mano che la nuvola ruotava più rapidamente, emetteva materiale che alla fine si è condensato per formare i pianeti.
La Nebulosa Sh 2-106 (o S106 in breve), una regione di formazione stellare compatta nella costellazione del Cigno (Il Cigno). Credito: NASA/ESA
Il modello nebulare laplaciano fu ampiamente accettato nel corso del XIX secolo, ma presentava alcune difficoltà piuttosto pronunciate. Il problema principale era la distribuzione del momento angolare tra il Sole e i pianeti, che il modello nebulare non poteva spiegare. Inoltre, lo scienziato scozzese James Clerk Maxwell (1831 – 1879) affermò che le diverse velocità di rotazione tra le parti interna ed esterna di un anello non potevano consentire la condensazione del materiale.
Fu anche rifiutato dall'astronomo Sir David Brewster (1781 – 1868), il quale dichiarò che:
“coloro che credono nella Teoria Nebulare considerano certo che la nostra Terra derivò la sua materia solida e la sua atmosfera da un anello lanciato dall'atmosfera solare, che poi si contrasse in una solida sfera terraquea, dalla quale la Luna fu espulsa dallo stesso processo... [In tale prospettiva] la Luna deve aver necessariamente portato via acqua e aria dalle parti acquose e aeree della Terra e deve avere un'atmosfera.
All'inizio del XX secolo, il modello laplaciano era caduto in disgrazia, spingendo gli scienziati a cercare nuove teorie. Tuttavia, solo negli anni '70 è emersa la variante moderna e più ampiamente accettata dell'ipotesi nebulare: il modello del disco nebulare solare (SNDM). Il merito va all'astronomo sovietico Victor Safronov e al suo libroEvoluzione della nube protoplanetaria e formazione della Terra e dei pianeti(1972).In questo libro sono stati formulati quasi tutti i principali problemi del processo di formazione planetaria e molti sono stati risolti.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/transcoded/1/1e/Artist%E2%80%99s_impression_of_the_disc_and_gas_streams_around_HD_142527_%28Animation%29.ogg/Artist%E2%80%99s_impression_of_theund_ogsc_around_ogsc_ofthe webmpression.Ad esempio, il modello SNDM è riuscito a spiegare la comparsa di dischi di accrescimento attorno a giovani oggetti stellari. Varie simulazioni hanno anche dimostrato che l'accrescimento di materiale in questi dischi porta alla formazione di alcuni corpi di dimensioni terrestri. Così l'origine dei pianeti terrestri è ormai considerata un problema quasi risolto.
Sebbene originariamente applicato solo al Sistema Solare, l'SNDM è stato successivamente ritenuto dai teorici operante in tutto l'Universo ed è stato utilizzato per spiegare la formazione di molti degli esopianeti che sono stati scoperti in tutta la nostra galassia.
I problemi:
Sebbene la teoria della nebulosa sia ampiamente accettata, ci sono ancora problemi con essa che gli astronomi non sono stati in grado di risolvere. Ad esempio, c'è il problema degli assi inclinati. Secondo la teoria nebulare, tutti i pianeti attorno a una stella dovrebbero essere inclinati allo stesso modo rispetto all'eclittica. Ma come abbiamo appreso, i pianeti interni e i pianeti esterni hanno inclinazioni assiali radicalmente diverse.
Mentre i pianeti interni variano da un'inclinazione di quasi 0 gradi, altri (come la Terra e Marte) sono inclinati in modo significativo (rispettivamente 23,4° e 25°), i pianeti esterni hanno inclinazioni che vanno dall'inclinazione minore di Giove di 3,13°, a Saturno e Nettuno più inclinazioni pronunciate (26,73° e 28,32°), fino all'estrema inclinazione di Urano di 97,77°, in cui i suoi poli sono costantemente rivolti verso il Sole.
Un elenco di esopianeti potenzialmente abitabili, per gentile concessione del Planetary Habitability Laboratory. Credito: phl.upr.edu
Inoltre, lo studio dei pianeti extrasolari ha permesso agli scienziati di notare irregolarità che mettono in dubbio l'ipotesi nebulare. Alcune di queste irregolarità hanno a che fare con l'esistenza di 'giovi caldi' che orbitano vicino alle loro stelle con periodi di pochi giorni. Gli astronomi hanno adattato l'ipotesi nebulare per tenere conto di alcuni di questi problemi, ma devono ancora affrontare tutte le questioni esterne.
Ahimè, sembra che le domande che hanno a che fare con le origini siano le più difficili a cui rispondere. Proprio quando pensiamo di avere una spiegazione soddisfacente, rimangono quei problemi fastidiosi che semplicemente non possono spiegare. Tuttavia, tra i nostri attuali modelli di formazione di stelle e pianeti e la nascita del nostro Universo, abbiamo fatto molta strada. Man mano che impariamo di più sui sistemi stellari vicini ed esploriamo più spazio nel cosmo, è probabile che i nostri modelli maturino ulteriormente.
Abbiamo scritto molti articoli sul Sistema Solare qui su Universe Today. ecco Il sistema solare , Il nostro sistema solare è iniziato con un piccolo botto? , e Cosa c'era qui prima del sistema solare?
Per ulteriori informazioni, assicurati di controllare l'origine del Sistema Solare e come si sono formati il Sole e i pianeti .
Astronomy Cast ha anche un episodio sull'argomento - Episodio 12: Da dove vengono le Baby Star?