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Sebbene i pianeti circondino le stelle nella galassia, il modo in cui si formano rimane oggetto di dibattito. Nonostante la ricchezza di mondi nel nostro sistema solare, gli scienziati non sono ancora sicuri di come siano costruiti i pianeti. Attualmente, due teorie si stanno battendo per il ruolo di campione.

La prima e più ampiamente accettata teoria, l'accrescimento del nucleo, funziona bene con la formazione di pianeti terrestri come Mercurio ma ha problemi con i pianeti giganti. Il secondo, il metodo dell'instabilità del disco, potrebbe spiegare la creazione di questi pianeti giganti.

Gli scienziati stanno continuando a studiare i pianeti dentro e fuori il sistema solare nel tentativo di capire meglio quale di questi metodi sia il più accurato.

Il modello di accrescimento del nucleo

Circa 4,6 miliardi di anni fa, il sistema solare era una nuvola di polvere e gas nota come nebulosa solare. La gravità ha fatto crollare il materiale su se stesso mentre ha iniziato a ruotare, formando il sole al centro della nebulosa.

Con il sorgere del sole, il materiale rimanente iniziò ad accumularsi. Piccole particelle si unirono, legate dalla forza di gravità, in particelle più grandi. Il vento solare ha spazzato via gli elementi più leggeri dalle regioni più vicine, lasciando solo materiali pesanti e rocciosi per creare mondi terrestri più piccoli come Mercurio. Ma più lontano, i venti solari hanno avuto un impatto minore sugli elementi più leggeri, consentendo loro di fondersi in giganti gassosi. In questo modo sono stati creati asteroidi, comete, pianeti e lune.

Come la Terra, si formò prima il nucleo metallico di Mercurio, quindi raccolse elementi più leggeri attorno a sé per formare la sua crosta e il suo mantello. Mercurio, come altri pianeti, probabilmente ha raccolto i pezzi più nebulosi che avrebbero formato la sua atmosfera. A differenza dei suoi fratelli, tuttavia, la piccola massa del pianeta (Mercurio è il più piccolo dei pianeti) e la vicinanza al sole gli hanno impedito di mantenere una salda presa sui gas. Le interazioni con il vento solare spogliano costantemente il pianeta della sua sottile atmosfera, anche se fornisce un afflusso.

Le osservazioni degli esopianeti sembrano confermare l'accrescimento del nucleo come processo di formazione dominante. Le stelle con più "metalli" un termine che gli astronomi usano per elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio nei loro nuclei hanno più pianeti giganti dei loro cugini poveri di metalli. Secondo la NASA, l'accrescimento del nucleo suggerisce che i mondi piccoli e rocciosi dovrebbero essere più comuni dei giganti gassosi più massicci.

La scoperta nel 2005 di un pianeta gigante con un nucleo enorme in orbita attorno alla stella simile al sole HD 149026 è un esempio di un esopianeta che ha contribuito a rafforzare la tesi per l'accrescimento del nucleo.

"Questa è una conferma della teoria dell'accrescimento del nucleo per la formazione dei pianeti e la prova che pianeti di questo tipo dovrebbero esistere in abbondanza", ha affermato Greg Henry in un comunicato stampa. Henry, un astronomo della Tennessee State University, a Nashville, ha rilevato l'oscuramento della stella.

Nel 2017, la European This Web Agency ha in programma di lanciare il caratterizzante ExOPlanet Satellite (CHEOPS), che studierà esopianeti di dimensioni variabili dalle super-Terre a Nettuno. Lo studio di questi mondi lontani può aiutare a determinare come si sono formati i pianeti nel sistema solare.

"Nello scenario di accrescimento del nucleo, il nucleo di un pianeta deve raggiungere una massa critica prima di poter accumulare gas in modo incontrollato", ha affermato il team CHEOPS. "Questa massa critica dipende da molte variabili fisiche, tra le quali la più importante è la velocità di accrescimento dei planetesimi".

Studiando come i pianeti in crescita accumulano materiale, CHEOPS fornirà informazioni su come crescono i mondi.

Il modello di instabilità del disco

Sebbene il modello di accrescimento del nucleo funzioni bene per i pianeti terrestri, i giganti gassosi avrebbero dovuto evolversi rapidamente per afferrare la massa significativa di gas più leggeri che contengono. Ma le simulazioni non sono state in grado di spiegare questa rapida formazione. Secondo i modelli, il processo richiede diversi milioni di anni, più a lungo di quanto i gas leggeri fossero disponibili nel primo sistema solare. Allo stesso tempo, il modello di accrescimento del nucleo deve affrontare un problema di migrazione, poiché è probabile che i piccoli pianeti si trasformino in una spirale verso il sole in un breve lasso di tempo.

Secondo una teoria relativamente nuova, l'instabilità del disco, i grumi di polvere e gas sono legati insieme all'inizio della vita del sistema solare. Nel tempo, questi grumi si compattano lentamente in un pianeta gigante. Questi pianeti possono formarsi più velocemente dei loro rivali di accrescimento nel nucleo, a volte in appena mille anni, consentendo loro di intrappolare i gas più leggeri che stanno scomparendo rapidamente. Raggiungono anche rapidamente una massa che stabilizza l'orbita che impedisce loro di marciare verso il sole.

Secondo l'astronomo esoplanetario Paul Wilson, se l'instabilità del disco domina la formazione dei pianeti, dovrebbe produrre un ampio numero di mondi a grandi ordini. I quattro pianeti giganti che orbitano a distanze significative attorno alla stella HD 9799 forniscono prove osservative dell'instabilità del disco. Fomalhaut b , un esopianeta con un'orbita di 2000 anni attorno alla sua stella, potrebbe anche essere un esempio di un mondo formato dall'instabilità del disco, sebbene il pianeta possa anche essere stato espulso a causa delle interazioni con i suoi vicini.

Accrescimento di ciottoli

La sfida più grande per l'accrescimento del nucleo è il tempo necessario per costruire enormi giganti gassosi abbastanza velocemente da afferrare i componenti più leggeri della loro atmosfera. Ricerche recenti su come oggetti più piccoli e delle dimensioni di un ciottolo si sono fusi insieme per costruire pianeti giganti fino a 1000 volte più veloci rispetto a studi precedenti.

"Questo è il primo modello di cui siamo a conoscenza che inizi con una struttura piuttosto semplice per la nebulosa solare da cui si formano i pianeti, e finisci con il sistema di pianeti giganti che vediamo", l'autore principale dello studio Harold Levison, un astronomo al Southwest Research Institute (SwRI) in Colorado, ha detto a This Web.com nel 2015.

Nel 2012, i ricercatori Michiel Lambrechts e Anders Johansen dell'Università di Lund in Svezia hanno proposto che minuscoli ciottoli, che una volta erano stati cancellati, fossero la chiave per costruire rapidamente pianeti giganti.

"Hanno dimostrato che i ciottoli rimanenti da questo processo di formazione, che in precedenza si pensava non fossero importanti, potrebbero effettivamente essere un'enorme soluzione al problema della formazione dei pianeti", ha detto Levison.

Levison e il suo team si sono basati su quella ricerca per modellare in modo più preciso come i minuscoli ciottoli potrebbero formare i pianeti visti oggi nella galassia. Mentre le simulazioni precedenti, oggetti sia di grandi che di medie dimensioni consumavano i loro cugini delle dimensioni di un sassolino a una velocità relativamente costante, le simulazioni di Levison suggeriscono che gli oggetti più grandi si comportavano più come bulli, strappando via i sassi dalle masse di medie dimensioni per crescere a un ritmo molto più veloce. Vota.

"Gli oggetti più grandi ora tendono a disperdere quelli più piccoli più di quanto quelli più piccoli li disperdano indietro, quindi quelli più piccoli finiscono per essere dispersi dal disco di ciottoli", ha detto a This Web la coautrice dello studio Katherine Kretke, anche lei di SwRI. com. "Il ragazzo più grande fondamentalmente fa il prepotente su quello più piccolo in modo che possano mangiare tutti i ciottoli da soli e possono continuare a crescere per formare i nuclei dei pianeti giganti".

Questa foto del Messaggero di Mercurio mostra creste di rughe attorno a una rete di depressioni che si sono formate quando le pianure vulcaniche si sono allargate. L'anello della cresta delle rughe, di circa 100 km di diametro, è formato sull'orlo di un cosiddetto cratere fantasma. (Credito immagine: NASA/The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/Smithsonian Institution)

Un cambio di passo

Gli studi su Mercurio rivelano che il suo nucleo è significativamente più massiccio del previsto rispetto al resto del pianeta. Con un raggio compreso tra 1.100 e 1.200 miglia (da 1.800 a 1.900 chilometri), il nucleo prevalentemente di ferro si estende per il 75 percento del diametro del pianeta e costituisce una parte significativa del suo volume. La crosta, d'altra parte, è spessa solo da 300 a 400 miglia (da 500 a 600 km).

Dopo che Mariner 10 ha effettuato tre sorvoli ravvicinati di Mercurio negli anni '70, la sua strana composizione, incluso l'ingombrante nucleo di ferro, ha portato a una serie di teorie su come potrebbe essersi formato il pianeta. Uno ha suggerito che, se un Mercurio più grande si fosse formato abbastanza rapidamente, avrebbe potuto consolidarsi prima che il sole raggiungesse il suo picco. Le temperature elevate della giovane stella avrebbero quindi potuto cuocere via gran parte della crosta leggera, lasciando solo un piccolo guscio attorno al pianeta.

Tuttavia, quando la missione MESSENGER della NASA ha osservato Mercurio, ha studiato la composizione della superficie. Ha scoperto che i rapporti tra torio e potassio erano simili a quelli di altri pianeti terrestri. Mentre il torio è un elemento stabile, il potassio è più volatile, facilmente cotto dalle temperature più elevate. Le scoperte di MESSENGER suggeriscono che il pianeta non è stato soggetto a un riscaldamento estremo oa una prima evoluzione, ma si è formato in modo molto simile ad altri mondi terrestri.

Invece, molto probabilmente Mercurio ha subito un evento violento all'inizio della sua vita. Gli scienziati teorizzano che il pianeta originale, più massiccio e con una crosta più spessa, potrebbe essere stato facilmente colpito da un grosso corpo nel violento sistema solare primordiale. Una tale collisione avrebbe soffiato gran parte della sua crosta in Questa Rete, lasciando dietro di sé un massiccio nucleo racchiuso solo da un guscio sottile.

Le collisioni sarebbero state frequenti nel primo sistema solare. Una teoria recente suggerisce che Mercurio potrebbe essere stato "l'ultimo uomo in piedi". Secondo la scienziata planetaria Kathryn Volk, dieci anni all'Università del British Columbus, diversi pianetini potrebbero aver orbitato una volta vicino al sole, ma una serie di collisioni ha distrutto tutto tranne Mercurio.

"In un regime altamente distruttivo, ci resta un sopravvissuto", ha detto Volk alla rivista Astrobiology.

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