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Come Giove potrebbe aver distrutto i gemelli della Terra

Forse dobbiamo ringraziare Giove per aver preparato le condizioni per la formazione del nostro mondo.
26 marzo 2015, 3:15pm
​Immagine: NASA / Tim Pyle

Molto prima che il nostro pianeta facesse la sua comparsa, sembra che delle super-Terre abbiano vagato per il sistema solare. I nostri antenati sarebbero stati più grandi, più caldi e con tutta probabilità molto poco ospitali. Non lo sapremo mai con certezza, però, come Giove li abbia spinti nel Sole prima che potessero crescere.

"Il nostro lavoro indica che la migrazione orbitale di Giove potrebbe aver distrutto la prima generazione di pianeti," ha dichiarato lo scienziato planetario della Caltech, Konstantin Batygin, co-autore di un nuovo resoconto sulle dinamiche planetarie ai primordi del sistema solare.

Quell'ipotesi—su cui hanno lavorato Batygin e Gregory Laughlin della UC Santa Cruz, attraverso una serie di calcoli e modelli—è apparsa questa settimana su Proceedings of the National Academies of Sciences. L'idea che la Terra, insieme a Mercurio, Venere e Marte, sia in realtà un pianeta di seconda generazione, e che delle super-Terre abbiano girato intorno al sole prima della loro definitiva scomparsa, potrebbe aiutarci a rispondere a una domanda che ha tormentato gli astronomi per anni: perché il nostro sistema solare, da un punto di vista cosmico, è tanto strano?

Vent'anni fa, gli astronomi contavano su una mano sola il numero degli esopianeti certi, ma negli ultimi cinque anni ne sono stati scoperti a migliaia. Grazie alla missione Kepler della NASA, ora sappiamo che circa la metà delle stelle simili al sole nel nostro distretto galattico fornisce probabilmente rifugio a pianeti.

Ma per quel che ne sappiamo, la maggior parte di questi sistemi stellari non somiglia per nulla al nostro. Sistemi planetari "tipici" consistono in una o più super-Terre—pianeti più grandi della Terra, ma più piccoli di Nettuno—in orbita ravvicinata alle loro stelle. È importante tenere a mente, ad ogni modo, che i nostri dati sono incompleti, e che la nostra capacità di scrutare verso mondi lontani è limitata dalla risoluzione attuale dei nostri telescopi. Per gli standard galattici moderni, la Terra è nelle lande solitarie.

"Sembra che il sistema solare di oggi non sia un modello rappresentativo del censo planetario," ha detto Batygin. "Ma non c'è ragione per pensare che il modello di formazione planetaria dominante nella galassia non si sia verificato anche qui. È più probabile che cambiamenti successivi abbiano alterato la struttura originale [del nostro sistema solare]."

La nuova ipotesi di Batygin e Laughlin—quella di antiche super-Terre che sarebbero state distrutte da un Giove furioso—va a rimpolpare il quadro evolutivo del nostro sistema solare.

Durante la prima manciata di milioni di anni dopo la nascita della nostra stella, questa è stata circondata da un denso disco protoplanetario di gas e polvere. È da questo disco che si sono formati a un certo punto i pianeti, ma non per caso. Un modello più vecchio, sviluppato dai ricercatori della UCLA, mostra che affinché tutti i pianeti simili alla Terra finissero nelle loro orbite attuali, avrebbero avuto bisogno di formarsi in una regione molto precisa del disco—una striscia sottile di gas che si colloca tra 0.7 e 1 unità di distanza astronomica dal Sole (1 AU è la distanza tra la Terra e il Sole oggi.)

Rappresentazione artistica di un disco protoplanetario. Mercurio, Venere, Terra e Marte potrebbero essersi formati da una sottile striscia di un disco simile, vicino al sole. Immagine: NASA/FUSE/Lynette Cook

Cosa potrebbe aver limitato la formazione planetaria a questa sottile banda di gas? Il limite esterno, a quanto pare, può essere collegato ai giganti gassosi Giove e Saturno, che sono emersi molto velocemente subito dopo la nascita del nostro Sole. Poco dopo la loro formazione, questi giganti sono stati risucchiati verso il Sole; una coppia intrappolata in un abbraccio gravitazionale. Man mano che migravano all'interno, le loro massicce gravità combinate hanno creato di forza un largo buco nel resto del disco di gas e polvere, pulendo di fatto la zona fino all'attuale orbita terrestre.

L'idea che Giove e Saturno abbiano agito come spazzini primordiali del sistema solare esterno viene sostenuta da più di un decennio. Ma cosa abbia delineato il limite interno della fascia di formazione planetaria è rimasto un mistero. Se Batygin ha ragione, i dintorni dell'orbita di un giovane Sole potrebbero essere stati puliti da super-Terre primordiali, poi andate distrutte. È nel perché queste super-Terre siano scomparse che Giove giocherebbe un ruolo molto interessante.

Secondo il nuovo modello di Batygin e Laughlin, mentre il giovane Giove migrava internamente verso il Sole, spazzava via con sé planetesimi rocciosi da 100 km. Quando Giove ha spinto questi planetesimi verso il Sole, si è innescata una violenta serie di collisioni a catena, che hanno mandato in frantumi altri corpi rocciosi per circa 20,000 anni. Se una popolazione di super-Terre era da quelle parti nella zona interna del sistema solare in quel momento, la valanga di rocce causata da Giove potrebbe averla distrutta e averne cacciato i resti dritti dentro il Sole.

"È un effetto fisico molto efficace," ha detto Batygin. "Basta materiale equivalente a qualche massa terrestre per spingere pianeti dalla massa decine di volte quella terrestre nel Sole."

Snapshot dalla nuova simulazione di Batygin e Laughlin, che mostra le orbite di Giove (in bianco) e dei planetesimi (in turchese) che il gigante gassoso ha aiutato ad avvicinarsi all'interno del sistema solare, dove una volta vagavano super-Terre (in giallo). Immagine: K. Batygin/Caltech.

Quando Giove si è finalmente allontanato, alcuni dei planetesimi influenzati dalla sua gravità si sono sistemati su orbite circolari. Queste noccioline di distruzione antica si sarebbero, con il passare di centinaia di milioni di anni, fuse nei moderni pianeti simili alla Terra—Mercurio, Venere, Terra e Marte. Questo scenario coincide con altre misurazioni che suggeriscono che la Terra si sia formata tra i 100 e i 200 milioni di anni dopo il Sole.

Se lo scenario di Batygin e Laughlin fosse corretto, implicherebbe che la formazione dei giganti gassosi come Giove e Saturno—un processo che gli scienziati planetari ritengono essere raro—aiuti a stabilire se un sistema planetario possa finire per assomigliare al nostro o alla varietà più comune di super-Terre in orbite strette intorno alla loro stella. Con l'avanzare dell'identificazione di ulteriori stelle che accolgono esopianeti, nuovi dati aiuteranno a contestualizzare il nostro sistema solare e a capire quanto inusuale (o meno) sia.

Quando le cose saranno chiare, dovremo forse ringraziare Giove per aver distrutto la prima generazione di pianeti simili alla Terra, e aver preparato le condizioni per la formazione del nostro mondo. Sono però anche felice che i nostri amichevoli vicini giganti gassosi abbiano deciso di sistemarsi lontano, molto lontano. Se c'è una lezione da ricordare, è che cominciare una zuffa cosmica con Giove è fondamentalmente un suicidio. Tanto vale buttarsi direttamente nel Sole e farla finita subito.