La luna e le sue macchie scure. Credito d'immagine: NASA. Clicca per ingrandire.
Persone di ogni cultura sono state affascinate dalle "macchie" scure sulla Luna, che sembrano comporre la figura di un coniglio, rane o la faccia di un pagliaccio. Con le missioni Apollo, gli scienziati hanno scoperto che queste caratteristiche sono in realtà enormi bacini di impatto che sono stati inondati di lava ormai solidificata. Una sorpresa fu che questi bacini si formarono relativamente tardi nella storia del primo sistema solare - circa 700 milioni di anni dopo la formazione della Terra e della Luna. Molti scienziati ora credono che questi bacini ad impatto lunare testimonino un enorme picco nel tasso di bombardamento dei pianeti - chiamato il bombardamento tardivo pesante (LHB). La causa di un bombardamento così intenso, tuttavia, è considerata da molti come uno dei misteri meglio conservati della storia del sistema solare.
In una serie di tre articoli pubblicati nel numero di questa settimana della rivista Nature, un team internazionale di scienziati planetari, Rodney Gomes (Osservatorio nazionale del Brasile), Harold Levison (Southwest Research Institute, Stati Uniti), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Francia) e Kleomenis Tsiganis (OCA e Università di Salonicco, Grecia) - riuniti da un programma per visitatori ospitato presso l'Osservatorio della Costa Azzurra a Nizza - hanno proposto un modello che non solo risolve naturalmente il mistero dell'origine dell'LHB, ma spiega anche molte delle caratteristiche osservate del sistema planetario esterno.
Questo nuovo modello prevede che i quattro pianeti giganti, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, si formassero in una configurazione orbitale molto compatta, che era circondata da un disco di piccoli oggetti fatti di ghiaccio e roccia (noti come "planetesimi"). Le simulazioni numeriche del team di Nice mostrano che alcuni di questi planetesimi sono lentamente fuoriusciti dal disco a causa degli effetti gravitazionali dei pianeti. I pianeti hanno sparso questi oggetti più piccoli in tutto il sistema solare, a volte verso l'esterno e a volte verso l'interno.
"Come ci ha insegnato Isaac Newton, per ogni azione c'è una reazione uguale e contraria", afferma Tsiganis. “Se un pianeta getta un planetesimale fuori dal sistema solare, il pianeta si sposta verso il Sole, solo un po ', in compenso. Se, d'altra parte, il pianeta disperde il pianeta verso l'interno, il pianeta salta leggermente più lontano dal Sole. "
Le simulazioni numeriche mostrano che, in media, Giove si muoveva verso l'interno mentre gli altri pianeti giganti si muovevano verso l'esterno.
Inizialmente, si è trattato di un processo molto lento, che ha richiesto milioni di anni perché i pianeti si spostassero di poco. Quindi, secondo questo nuovo modello, dopo 700 milioni di anni, la situazione è improvvisamente cambiata. A quel tempo, Saturno emigrò attraverso il punto in cui il suo periodo orbitale era esattamente il doppio di quello di Giove. Questa speciale configurazione orbitale ha reso le orbite di Giove e di Saturno improvvisamente più ellittiche.
"Ciò ha fatto impazzire le orbite di Urano e Nettuno", afferma Gomes. "Le loro orbite sono diventate molto eccentriche e hanno iniziato a diffondersi a vicenda gravitazionalmente - e anche Saturno."
Il team di Nizza sostiene che questa evoluzione delle orbite di Urano e Nettuno ha causato l'LHB sulla Luna. Le loro simulazioni al computer mostrano che questi pianeti sono penetrati molto rapidamente nel disco planetario, disperdendo oggetti in tutto il sistema planetario. Molti di questi oggetti sono entrati nel sistema solare interno dove hanno impattato la Terra e la Luna. Inoltre, l'intero processo ha destabilizzato le orbite degli asteroidi, che avrebbero poi contribuito all'LHB. Infine, gli effetti gravitazionali del disco planetesimale fecero evolvere Urano e Nettuno sulle loro orbite attuali.
"È molto convincente", afferma Levison. “Abbiamo fatto diverse decine di simulazioni di questo processo e statisticamente i pianeti sono finiti su orbite molto simili a quelle che vediamo, con le giuste separazioni, eccentricità e inclinazioni. Quindi, oltre a LHB, possiamo anche spiegare le orbite dei pianeti giganti. Nessun altro modello ha mai realizzato nessuna delle due cose prima d'ora. ”
Tuttavia, c'era un altro ostacolo da superare. Il sistema solare attualmente contiene una popolazione di asteroidi che seguono essenzialmente la stessa orbita di Giove, ma conducono o seguono quel pianeta per una distanza angolare di circa 60 gradi. Le simulazioni al computer mostrano che questi corpi, noti come "asteroidi di Troia", sarebbero andati persi con il cambiamento delle orbite dei pianeti giganti.
"Ci siamo seduti per mesi preoccupandoci di questo problema, che sembrava invalidare il nostro modello", afferma Morbidelli, "fino a quando non ci siamo resi conto che se un uccello può scappare da una gabbia aperta, un altro può venire e nidificarci."
Il team di Nizza ha scoperto che alcuni degli oggetti stessi che stavano guidando l'evoluzione planetaria e che hanno causato l'LHB sarebbero stati catturati nelle orbite degli asteroidi di Troia. Nelle simulazioni, i Trojan intrappolati si sono rivelati in grado di riprodurre la distribuzione orbitale dei Trojan osservati, che fino ad ora era inspiegabile. Anche la massa totale prevista degli oggetti intrappolati era coerente con la popolazione osservata.
Nel complesso, il nuovo modello del team di Nice spiega naturalmente le orbite dei pianeti giganti, gli asteroidi di Troia e l'LHB con una precisione senza precedenti. "Il nostro modello spiega così tante cose che crediamo che debba essere sostanzialmente corretto", afferma Mordibelli. "La struttura del sistema solare esterno mostra che probabilmente i pianeti hanno subito una scossa bene dopo che il processo di formazione del pianeta è terminato."
Fonte originale: Comunicato stampa SWRI
