La nascita del sistema solare



A cura di Franco Palerno, ricercatore di fisica della particelle presso l’Università di Boston

Vorrei presentarvi un’ipotesi sulla formazione del nostro sistema solare, premetto come sempre che quando vi parlo di ipotesi e teorie queste non sono “mie”, sono, generalmente quelle accettate dalla maggioranza di fisici e astronomi, quando vi presento ipotesi “alternative” o nuove, mi faccio dovere di avvisarvi, chiarisco inoltre che il fatto di presentarvele non significa che siano ipotesi o teorie che io appoggio o meno ed inoltre il fatto che, oggi, esse siano appoggiate dalla maggioranza degli scienziati non danno la certezza di rappresentare una verità assoluta, il futuro può sempre portare affinamenti, perfezionamenti o, più raramente, ribaltamenti. Ma ad oggi, in base alle nostre conoscenze, osservazioni, tecnologie, sono quelle che meglio spiegano certi fenomeni, ed è questo che in fondo deve fare una teoria, spiegare i fenomeni, prevederli, e correlarli ad altri. Non si può “credere” o “non credere” in una teoria scientifica, si può credere in una religione non in una teoria, una teoria si “abbatte” con una nuova teoria che spiega meglio i fenomeni e fa previsioni migliori. Detto questo:

Come e quando si è formato il sistema solare?

L’ipotesi più accettata da fisici ed astronomi è quella “nebulare”, ovvero, il sistema solare si sarebbe formato circa 4,6 miliardi di anni fa a partire da una nebulosa. Dunque, circa 4,6 miliardi di anni fa esisteva una fredda (-250 gradi celsius) nube, composta da polveri atomi e molecole (simile a quelle che vediamo anche oggi osservando la Via Lattea). Questa nube, ad un certo punto venne resa instabile, quasi certamente, per l’esplosione di una o più supernovae nelle vicinanze. Queste supernovae, esplosioni di stelle di una generazione precedente al Sole, generarono, grazie appunto all’esplosione nuovi e più pesanti, nonché complessi, elementi chimici, attraverso un processo chiamato “nucleosintesi”, che da elementi semplici quali idrogeno, elio, e altri arriva a sintetizzare (produrre) atomi quali calcio, ferro, nichel, eccetera. Dopo il big bang, le stelle della prima generazione che si formarono, disponevano solo di elementi leggeri, quasi totalmente idrogeno, poco elio e praticamente quasi niente altro. Alla loro morte queste prime stelle, attraverso la nucleosintesi avvenuta, appunto, nella fase della loro morte come supernovae, “donarono” come lascito alla nostra nebulosa gli elementi più pesanti che, oggi, insieme agli elementi più leggeri compongono il Sole i Pianeti, satelliti, comete e infine anche noi ed i nostri corpi. Dunque la nube primordiale resa instabile da queste esplosioni si frammentò, ed i movimenti del materiale instaurarono una lenta rotazione, e, lentamente, sotto la spinta gravitazionale, incapace di sostenere il proprio peso, iniziò a contrarsi e, contemporaneamente, a riscaldarsi, appiattendosi sino a divenire un disco rotante. Per il principio della fisica chiamato, “conservazione del momento angolare” un corpo in rotazione che contrae le proprie dimensioni deve aumentare la velocità di rotazione stessa (come una pattinatrice su ghiaccio che ruota su se stessa lentamente, e che stringendo le braccia al petto aumenta la propria velocità rotazionale), e quindi la nebulosa in contrazione si concentrò intorno ad un nucleo sempre più massiccio, un proto-sole al centro e una massa residua sparsa su un piano sottile, piano ove oggi orbitano i pianeti. Questa massa residua sparsa, prende il nome di disco proto-planetario, ed oggi grazie a telescopi come Hubble possiamo osservare fenomeni simili intorno a stelle vicine al Sole. Il progressivo raffreddamento del disco portò i materiali a condensarsi, secondo una sequenza dipendente dal calare della temperatura, prima i non-metalli, poi i composti metallici e via via i silicati, i ghiacci (di acqua, metano, ammoniaca ecc.).

Rappresentazione artistica di un sistema planetario in formazione. Credit:NASA

In questa fase si formarono i “Planetesimi”

Le prime particelle aggregatesi, grazie alla loro pur debole interazione gravitazionale, “attirarono” altre particelle, e questo portò alla formazione di corpi sempre più grandi, sino a dimensioni di vari chilometri, tali corpi vengono definiti “planetesimi”, essi agirono come una sorta di aspirapolvere, in modo che, quelli più grandi “attirarono” i più piccoli presenti nelle vicinanze, ingrandendo sempre più, mediante un meccanismo chiamato “accrezione”. Testimonianze di questo periodo possiamo osservarle studiando corpi come Mercurio o la Luna, pesantemente craterizzati, infatti l’accrezione fu, in pratica, un incredibile intensissimo bombardamento cosmico, poi, col passare del tempo, riducendosi di numero i planetesimi (il materiale era ormai principalmente concentrato nei corpi principali), l’accrezione praticamente cessò. Studiando i crateri da impatto, in numero e dimensioni, su corpi come la Luna si calcola che questo periodo terminò circa 3,8 miliardi di anni fa.

Nel frattempo il proto-sole visse un periodo in cui generò una quantità enorme di energia, luce, calore e anche in forma di un fortissimo vento solare, ma tale energia derivava dal collasso gravitazionale, non dalle reazioni di fusione nucleare, non ancora cominciate. Il vento solare è formato di particelle elementari velocissime (nuclei di idrogeno e di elio principalmente) in allontanamento dalla proto-stella, tale “vento” spazzò la quasi totalità del gas esistente nella zona interna del nascente sistema solare, lasciandovi solo i materiali più pesanti. La fase della vita del proto-sole è denominata fase T-Tauri (dal nome della stella attuale che vive questa fase). Da questo momento il sistema solare (a grandi linee) assume l’aspetto attuale, con i pianeti rocciosi nella parte interna, i giganti gassosi nella parte esterna e ancora oltre corpi essenzialmente di ghiacci (oggetti della fascia di Kuiper, comete, nube di Oort).

La nascita del Sole

Passata la fase T-Tauri il proto-sole in continua contrazione subì un costante innalzamento della propria temperatura interna. Quando la temperatura raggiunse i 10 milioni di gradi avvennero le prime reazioni di fusione nucleare, nuclei di atomi di idrogeno si fusero a formare nuclei di atomi di elio e venne emessa la prima energia termonucleare. La struttura si stabilizzò la contrazione si arrestò a causa dell’energia generata, la temperatura superficiale diventò di circa 5000 gradi celsius.

Era nato il Sole.

Oggi oltre il 99 per cento della massa del sistema solare è concentrata nel Sole. Un ultimo argomento, la fascia degli asteroidi, il materiale orbitante fra Marte e Giove non subì ne l’evoluzione dei pianeti interni rocciosi ne quella dei pianeti esterni gassosi, e questo a causa delle perturbazioni orbitali prodotte dall’enorme massa del vicino Giove. Tali perturbazioni infatti impedirono agli oggetti presenti in quella zona di unirsi a formare un corpo maggiore, e anzi causarono, e causano tutt’oggi collisioni continue, ed a volte tali collisioni scagliano oggetti anche di notevoli dimensioni su orbite che possono intersecare quelle dei pianeti interni.

Raffigurazione artistica del sistema solare. Credit:NASA

 

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2 pensieri riguardo “La nascita del sistema solare

  • 4 agosto 2017 in 14:41
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    Articolo chiarissimo e sempre molto interessante, come tutti quelli dell’ottimo Franco Palerno.
    Una domanda che mi sono sempre fatto, da sommo ignorante in materia: nelle rappresentazioni grafiche dei sistemi solari (sia del nostro che di quelli immaginati), i pianeti sono disposti tutti lungo il medesimo asse orbitale (come ad esempio quello che viene reso nell’ultima immagine). Ma se nello spazio non esiste un “sopra” e un “sotto”, perché le orbite planetarie seguono tutte la medesima inclinazione? Per maggior chiarezza: se immaginiamo che Mercurio orbiti su un asse di 0° rispetto all’asse equatoriale del Sole, perché Venere non si trova, ad esempio a 180° rispetto allo stesso? E sempre riguardo a questo argomento: la ricerca degli esopianeti, mi si perdoni se sbaglio, prevede di osservare la diminuzione della luminosità di una stella per dedurne il passaggio di uno o più pianeti orbitanti, e quindi la loro dimensione, velocità, ecc. Ma se, per assurdo, noi osservassimo un sistema planetario “da sotto” il proprio piano orbitale, potremmo mai accorgerci della presenza di un pianeta, visto che in nessun caso si osserverebbe il suo passaggio davanti alla stella? Spero di non aver fatto domande troppo sciocche, in ogni caso grazie per il vostro meraviglioso lavoro!

    Risposta
    • 4 agosto 2017 in 20:54
      Permalink

      Ti riporto parte dell’articolo:
      Dunque la nube primordiale resa instabile da queste esplosioni si frammentò, ed i movimenti del materiale instaurarono una lenta rotazione, e, lentamente, SOTTO LA SPINTA GRAVITAZIONALE, incapace di sostenere il proprio peso, iniziò a contrarsi e, contemporaneamente, a riscaldarsi, APPIATTENDOSI sino a divenire un disco rotante.
      La nube iniziando a ruotare si appiattì lungo il piano di rotazione, ed i pianeti si formarono (più o meno) su questo piano.
      Per quanto riguarda gli esopianeti ciò che affermi è giusto, noi con il metodo del transito possiamo scoprire solo pianeti la cui orbita giace sul nostro piano visuale, e ciò significa che gli esopianeti sono più numerosi di quelli che possiamo osservare.

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Milky Way over Chilean Volcanoes

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