Una superficie lunare fortemente craterizzata bombardando asteroidi. Credito immagine: NASA Clicca per ingrandire
Secondo i ricercatori dell'Università della California, a Santa Cruz, le collisioni tra i pianeti embrionali durante un periodo critico nella prima storia del Sistema Solare potrebbero spiegare alcune proprietà inspiegabili di pianeti, asteroidi e meteoriti, 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 i prodotti di un periodo iniziale, che dura decine di milioni di anni, di violente collisioni tra corpi planetari di varie dimensioni. Gli scienziati hanno principalmente considerato questi eventi in termini di accrescimento di nuovo materiale e altri effetti sul pianeta colpito, mentre poca attenzione è stata data al dispositivo di simulazione. (Per definizione, il dispositivo di simulazione è il più piccolo dei due corpi in collisione.)
Ma quando i pianeti si scontrano, non si attaccano sempre insieme. Circa la metà delle volte, un impattatore di dimensioni planetarie che colpisce un altro corpo di dimensioni planetarie rimbalzerà, e queste collisioni travolgenti hanno conseguenze drastiche per l'impattore, ha affermato Erik Asphaug, professore associato di scienze della Terra all'UCSC e primo autore di la carta della natura.
"Ti ritrovi con pianeti che lasciano la scena del crimine molto diversa da quando sono entrati: possono perdere la loro atmosfera, la crosta, persino il mantello, oppure possono essere fatti a pezzi in una famiglia di oggetti più piccoli", ha detto Asphaug .
I resti di questi impattatori disgregati possono essere trovati in tutta la fascia degli asteroidi e tra i meteoriti, che sono frammenti di altri corpi planetari che sono atterrati sulla Terra, ha detto. Perfino il pianeta Mercurio potrebbe essere stato un dispositivo di simulazione "hit-and-run" che ha rimosso gran parte dei suoi strati esterni, lasciandolo con un nucleo relativamente grande, una crosta e un mantello sottili, ha detto Asphaug. Questo scenario rimane speculativo, tuttavia, e richiede ulteriori studi, ha detto.
Craig Agnor, ricercatore di Asphaug e post-dottorato, ha utilizzato potenti computer per eseguire simulazioni di una serie di scenari, da incontri al pascolo a colpi diretti tra pianeti di dimensioni simili. 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 realmente possono influenzare gravemente l'oggetto più piccolo.
"Quando due enormi oggetti si avvicinano, le forze gravitazionali inducono drammatici cambiamenti fisici: decomprimere, fondere, rimuovere il materiale e persino annientare l'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'auto-gravità, ma l'attrazione gravitazionale di un oggetto più grande che passa vicino può far precipitare precipitosamente quella pressione. Gli effetti di questa depressurizzazione possono essere esplosivi, ha affermato Williams.
"È come stappare la bevanda più gassata del mondo", ha detto. “Quello che succede quando un pianeta viene decompresso del 50 percento è qualcosa che non capiamo molto bene in questa fase, ma può spostare la chimica e la fisica dappertutto, 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 inghiottito gran parte del materiale intorno a loro fino a quando il Sistema Solare interno ha ospitato circa 100 pianeti delle dimensioni di Luna e Marte, ha detto Asphaug. Le interazioni gravitazionali tra loro e con Giove hanno poi gettato via questi protopianeti dalle loro orbite circolari, scatenando un'era di impatti giganteschi che probabilmente è durata dai 30 ai 50 milioni di anni.
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 si tratta di un'approssimazione, ma in realtà non è facile fondere i pianeti", ha detto. "I nostri calcoli mostrano che devono muoversi abbastanza lentamente e colpire quasi frontalmente per poter esprimere."
È facile per un pianeta attrarre e rendere un oggetto molto più piccolo di se stesso. In impatti giganteschi tra corpi di dimensioni planetarie, tuttavia, il dispositivo di simulazione ha dimensioni comparabili al bersaglio. Nel caso di un dispositivo di simulazione delle dimensioni di Marte che colpisce un bersaglio delle dimensioni della Terra, il dispositivo di simulazione sarebbe pari a un decimo della massa ma a metà del diametro della Terra, ha detto Asphaug.
“Immagina che due pianeti si scontrino, metà grande 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 morta sulle sue tracce ", ha detto Asphaug. "Quindi ci sono enormi cesoie in corso, e poi hai forze di marea incredibilmente potenti che agiscono a distanza ravvicinata. La combinazione lavora per separare il pianeta più piccolo anche mentre sta andando via, quindi nei casi più gravi il dispositivo di simulazione perde una grande parte del suo mantello, per non parlare della sua atmosfera e crosta. "
Secondo Agnor, l'intero problema della formazione dei pianeti è estremamente complesso e per svelare il ruolo svolto dalle collisioni frammentate "hit and run" occorreranno ulteriori studi. Esaminando le collisioni planetarie dal punto di vista dell'impattore, tuttavia, i ricercatori dell'UCSC hanno identificato i meccanismi fisici che possono spiegare molte caratteristiche enigmatiche degli asteroidi.
Le collisioni "hit-and-run" possono produrre una vasta gamma di diversi tipi di asteroidi, ha affermato Williams. "Alcuni asteroidi sembrano piccoli pianeti, non molto disturbati, e all'altra estremità dello spettro sono quelli che sembrano ossa di cani ricchi di ferro nello spazio", ha detto. “Questo è un meccanismo che può rimuovere diverse quantità di materiale roccioso che compone la crosta e il mantello. Ciò che rimane può variare dal solo nucleo ricco di ferro fino a un'intera suite di miscele con diverse quantità di silicati ".
Uno dei rompicapo della cintura di asteroidi è la prova della fusione globale diffusa di asteroidi. Il riscaldamento ad impatto è inefficiente perché accumula calore localmente. Non è chiaro cosa potrebbe trasformare un asteroide in una grossa massa fusa, ma la depressurizzazione in una collisione travolgente potrebbe fare il trucco, ha detto Asphaug.
"Se la pressione diminuisce di un fattore due, puoi passare da qualcosa che è semplicemente caldo a qualcosa di fuso", ha detto.
La depressurizzazione può anche far bollire 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 in collisioni travolgenti dovrebbero essere studiati in modo più dettagliato, ha detto Asphaug.
"È un nuovo meccanismo per l'evoluzione planetaria e la formazione di asteroidi, e suggerisce molti scenari interessanti che richiedono ulteriori studi", ha detto.
Fonte originale: NASA Astrobiology
