Secondo l'ipotesi nebulosa, si ritiene che il sistema solare si sia formato attraverso il processo di accrescimento. Fondamentalmente, ciò ebbe inizio quando un'enorme nuvola di polvere e gas (alias Nebulosa Solare) subì un crollo gravitazionale al suo centro, dando vita al Sole. La polvere e il gas rimanenti si formarono quindi in un disco protoplanetario attorno al Sole, che gradualmente si unì per formare i pianeti.
Tuttavia, molto sul processo di evoluzione dei pianeti per diventare distinti nelle loro composizioni è rimasto un mistero. Fortunatamente, un nuovo studio di un team di ricercatori dell'Università di Bristol ha affrontato l'argomento con una nuova prospettiva. Esaminando una combinazione di campioni terrestri e meteoriti, hanno gettato nuova luce su come si sono formati ed evoluti pianeti come Terra e Marte.
Lo studio, intitolato "Evidenza isotopica del magnesio, che le formazioni planetarie di forme di perdita di vapore accumulata", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Natura. Guidato da Remco C. Hin, un ricercatore senior della School of Earth Sciences dell'Università di Bristol, il team ha confrontato campioni di roccia della Terra, di Marte e dell'asteroide Vesta per confrontare i livelli di isotopi di magnesio al loro interno.
Il loro studio ha tentato di rispondere a quella che è stata una domanda persistente nella comunità scientifica - cioè i pianeti si sono formati come sono oggi o hanno acquisito le loro composizioni distintive nel tempo? Come ha spiegato il dott. Remco Hin in un comunicato stampa dell'Università di Bristol:
“Abbiamo fornito prove del fatto che una tale sequenza di eventi si è verificata nella formazione della Terra e di Marte, utilizzando misurazioni ad alta precisione delle loro composizioni di isotopi di magnesio. I rapporti isotopici del magnesio cambiano a causa della perdita di vapore di silicato, che contiene preferibilmente gli isotopi più leggeri. In questo modo, abbiamo stimato che oltre il 40% della massa terrestre è stata persa durante la sua costruzione. Questo lavoro di costruzione di cowboy, come descritto da uno dei miei coautori, era anche responsabile della creazione della composizione unica della Terra.”
Per scomporlo, l'accrescimento consiste in gruppi di materiale che si scontrano con gruppi vicini per formare oggetti più grandi. Questo processo è molto caotico e il materiale viene spesso perso e accumulato a causa dell'estremo calore generato da queste collisioni ad alta velocità. Si ritiene che questo calore abbia creato oceani di magma sui pianeti mentre si formavano, per non parlare delle atmosfere temporanee di roccia vaporizzata.
Fino a quando i pianeti non avevano le stesse dimensioni di Marte, la loro forza di attrazione gravitazionale era troppo debole per trattenere queste atmosfere. E man mano che si verificassero più collisioni, la composizione di queste atmosfere e dei pianeti stessi cambierebbe sostanzialmente. Come esattamente i pianeti terrestri - Mercurio, Venere, Terra e Marte - abbiano ottenuto nel tempo le loro attuali composizioni poveri e volatili è ciò che gli scienziati hanno sperato di affrontare.
Ad esempio, alcuni credono che le attuali composizioni dei pianeti siano il risultato di particolari combinazioni di gas e polvere durante i primi periodi di formazione del pianeta - dove i pianeti terrestri sono ricchi di silicati / metalli, ma poveri volatili, a causa dei quali gli elementi erano più abbondanti più vicini a il Sole. Altri hanno suggerito che la loro composizione attuale è una conseguenza della loro crescita violenta e delle collisioni con altri corpi.
Per far luce su questo, il Dr. Hin e i suoi associati hanno analizzato campioni di Terra, insieme ai meteoriti di Marte e all'asteroide Vesta usando un nuovo approccio analitico. Questa tecnica è in grado di ottenere misurazioni più accurate delle razioni di isotopi di magnesio rispetto a qualsiasi metodo precedente. Questo metodo ha anche mostrato che tutti i corpi differenziati - come la Terra, Marte e Vesta - hanno composizioni di magnesio isotopicamente più pesanti rispetto ai meteoriti condritici.
Da ciò, sono stati in grado di trarre tre conclusioni. Per uno, hanno scoperto che Terra, Marte e Vesta hanno razioni isotopiche di magnesio distinte che non potevano essere spiegate dalla condensazione della Nebulosa Solare. In secondo luogo, hanno notato che lo studio degli isotopi di magnesio pesante ha rivelato che in tutti i casi, i pianeti hanno perso circa il 40% per cento della loro massa durante il loro periodo di formazione, a seguito di ripetuti episodi di vaporizzazione.
Infine, hanno determinato che il processo di accrescimento provoca altri cambiamenti chimici che generano le caratteristiche chimiche uniche della Terra. In breve, il loro studio ha dimostrato che la Terra, Marte e Vesta subiscono tutte perdite significative di materiale dopo la formazione, il che significa che le loro composizioni peculiari sono state probabilmente il risultato di collisioni nel tempo. Come ha aggiunto il dott. Hin:
“Il nostro lavoro cambia le nostre opinioni su come i pianeti raggiungono le loro caratteristiche fisiche e chimiche. Mentre in precedenza era noto che la costruzione di pianeti è un processo violento e che le composizioni di pianeti come la Terra sono distinte, non era chiaro che queste caratteristiche fossero collegate. Mostriamo ora che la perdita di vapore durante le collisioni ad alta energia di accrescimento planetario ha un profondo effetto sulla composizione di un pianeta ".
Il loro studio ha anche indicato che questo violento processo di formazione potrebbe essere caratteristico dei pianeti in generale. Questi risultati non sono significativi solo quando si tratta della formazione del Sistema Solare, ma anche di pianeti extra-solari. Quando arriverà il momento di esplorare sistemi stellari distanti, le composizioni distintive dei loro pianeti ci diranno molto sulle condizioni da cui si sono formati e su come sono nate.
