700 milioni di anni - ci è voluto così tanto per la formazione del nostro sistema solare. Un breve periodo di tempo sulla scala dell'Universo. Ma tutti gli eventi chiave per la nostra "famiglia solare" sono riusciti a verificarsi durante questo periodo. Quali sono?
All'inizio c'era una nuvola
Tutto è iniziato circa 4 miliardi e 600 milioni di anni fa. Fu allora che un'enorme nuvola di polvere molecolare, che fluttuava silenziosamente nella Via Lattea, improvvisamente iniziò a ridursi. Ciò è avvenuto grazie ad una supernova che è esplosa nelle vicinanze, l'onda d'urto da cui è passata attraverso l'intera nube provocando un collasso gravitazionale. E l'esplosione di una stella gigante ha riempito la nuvola di gas ed elementi pesanti: ferro e uranio, che in seguito sono diventati i mattoni che compongono il sistema solare.
La compressione è stata molto veloce. Inoltre, anche la nuvola ha ruotato. Il fatto è che tutto intorno a noi, inclusa la galassia, è in costante rotazione. La rotazione fa parte della fisica del collasso stellare. Quando la gravità è sorta nella nube di polvere di gas, non solo ha iniziato a ruotare più velocemente, ma si è anche appiattita in un disco. In condizioni di rapida compressione e rotazione caotica, gas e polvere hanno cominciato a compattarsi in molti grumi. Questi grumi non erano altro che future stelle.
Molto presto, parte di questa nuvola diventerà un sistema solare frammentato, al centro del quale brillerà una protostella luminosa. Inizierà ad assorbire polvere e gas, che poi erano costituiti dalla nebulosa solare. La maggior parte di tutta questa "spazzatura" sarà nelle viscere del Sole, e pianeti, satelliti, asteroidi e persino noi stessi sono formati dai pochi resti.
Il sistema solare non è stato l'unico "figlio" di un'enorme nube di gas e polvere, allo stesso tempo anche i suoi "fratelli" - altri sistemi stellari - sono "nati" con esso.
Possiamo osservare la stessa cosa oggi nella costellazione di Orione, attraverso la quale una gigantesca nube molecolare si estende per centinaia di anni luce. In alcuni punti si vedono giovani stelle che si formano da questi grumi, come gigantesche palle da discoteca, illuminando il gas circostante con tutti i colori dell'arcobaleno.
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Nebulosa di Orione
Foto: NASA
Oggi ci sono due approcci alla formazione dei sistemi planetari. Uno di questi è lo sviluppo delle idee dello scienziato sovietico Viktor Safronov, il cosiddetto modello di accrescimento sul nucleo. Secondo questo modello, dapprima si forma un certo pianeta vuoto, un embrione, un nucleo roccioso, sul quale il gas si accede, e si forma un pianeta gigante come Giove, Saturno o altri pianeti giganti. Il secondo approccio è associato ai tentativi di spiegare la formazione dei pianeti nel disco protoplanetario con lo stesso meccanismo che porta alla formazione delle stelle, cioè l'instabilità gravitazionale. Se il disco è abbastanza massiccio e contiene molta materia, possono formarsi alcune disomogeneità, che verranno compresse sotto l'influenza della loro stessa gravità. Se sono abbastanza massicci, cadranno verso l'interno,collassano e si trasformano in enormi pianeti. Nella comunità scientifica, la prima, la teoria di Safronov sulla formazione dei pianeti, ha ancora un vantaggio.
Planethesimals
Nella sua "infanzia", il sistema solare non aveva pianeti. Nemmeno il Sole stesso, in quanto tale, esisteva: c'era solo una piccola protostella, la cui luce era molto debole a causa del gas e della polvere accumulati attorno ad essa. Tuttavia, i pianeti si formeranno molto rapidamente.
Il materiale per la loro "realizzazione" è stato suddiviso in più "strati" a seconda delle temperature del disco. Più vicino al protosun, a temperature superiori ai 2.000 gradi, tutto è evaporato. A una distanza di 8 milioni di km, c'era una linea di pietra dove metalli e minerali si erano solidificati. Il confine successivo è solitamente chiamato la linea della neve - questo è il confine superiore del sistema solare interno. Acqua, metano e ammoniaca esistono qui solo sotto forma di ghiaccio. Ma perché parliamo di queste sostanze? È semplice: ce ne sono la maggior parte nel sistema solare, in particolare l'acqua. Questi sono tutti componenti dell'idrogeno in una forma o nell'altra e l'idrogeno è l'elemento più abbondante nel sistema solare in quel momento.
Entrambi questi e altri elementi sono uniti da una cosa: sono ancora qui sotto forma di particelle microscopiche. Ma molto presto, per accrescimento, inizieranno ad essere attratti l'un l'altro e si trasformeranno in pietre e pezzi di ghiaccio, che, a loro volta, si attireranno anche insieme. Formano pezzi di pietra più o meno grandi (circa 1 km per 1,5 km), chiamati planetesimi. Questo è il primo materiale da costruzione da cui si formeranno i protopianeti, gli "embrioni" dei pianeti in 3 milioni di anni.
Visione artistica del limite della neve
Foto: ESA
Giganti del gas
Nel frattempo, i protopianeti hanno dimensioni simili alla Luna. Scontrandosi tra loro, formano grandi pianeti. I pianeti del sistema solare interno - Mercurio, Venere, Terra e Marte - si sono rivelati piccoli, più piccoli di quelli esterni, perché avevano meno materiale da costruzione (più vicino alla stella, dove è abbastanza caldo a causa della sua radiazione, il ghiaccio non può condensare, non può condensare acqua, ammoniaca e altri gas in materia solida, quindi solo i pianeti rocciosi possono formarsi lì, quindi questi pianeti sono meno massicci, perché è disponibile meno materia per la loro formazione).
Letteralmente in 3 milioni di anni, appare un gigante del sistema solare: il giovane Giove congelato. Prima di diventare un gigante gassoso, Giove era una super-Terra, un grande pianeta roccioso con una massa molte volte quella della Terra. Ha continuato a crescere, attirando a sé nuovi protopianeti. A causa della sua massa, Giove divenne un "ladro gravitazionale". Come un aspirapolvere spaziale, ha assorbito tutti i gas sul suo percorso e in 100mila anni è aumentato del 90% della sua massa attuale.
Altri pianeti nel sistema solare esterno - Saturno, Urano e Nettuno - hanno seguito il suo esempio di "teppista". E sebbene la maggior parte di loro non sia riuscita ad accumulare una massa "muscolare" così convincente, Giove e Saturno alla fine hanno assorbito il 92% di tutta la materia non solare!
Grazie alla "gola" di questi due giganti, durante i 10 milioni di anni di esistenza del giovane sistema solare, quasi tutto il gas in esso contenuto, in particolare idrogeno ed elio, per i quali Giove e Saturno crescevano così rapidamente, si esaurirono. La loro irrefrenabile "avidità", tuttavia, ha giocato nelle mani dei loro fratelli più "modesti". Dopotutto, se Giove e Saturno non attirassero tutto il gas e la polvere, potremmo contemplare il nostro Sole solo come un disco sfocato piuttosto debole. Tuttavia, non potevano - in assenza della normale luce solare, la vita sul nostro pianeta difficilmente potrebbe raggiungere una tale varietà che creature così curiose come l'Homo sapiens apparissero su di essa. Il sole, tuttavia, ha contribuito a questo stesso. Dopotutto, ha continuato ad assorbire idrogeno ed elio, altrimenti non sarebbe cresciuto fino a queste dimensioni e sarebbe rimasto una protostella. Giove, a proposito, avrebbe potuto diventare lui stesso una stella,se avesse una massa molto maggiore.
La seconda nascita del Sole
Il nostro sole è nato due volte. La star di cui abbiamo parlato finora era solo un protosun. All'inizio della sua vita, lo spettro della sua luce era diverso. Il protosun era energico come lo è ora, ma più rosso. All'età di 50 milioni di anni, si verifica un evento significativo con il sistema solare: la nostra stella raggiunge una temperatura e una pressione critiche e una reazione nucleare inizia nel suo nucleo. Con l'energia di una bomba all'idrogeno, il nostro protosun esplode e nasce una nuova stella a tutti gli effetti.
Pianeti interni
Il sole era maturo e i formati Giove, Saturno, Urano e Nettuno volarono sopra la linea della neve. Nel frattempo, nella calda regione interna, dove c'erano molte rocce e poco gas, ne seguì il caos mentre minuscoli protopianeti continuavano a collidere e crescere.
La formazione dei pianeti interni del sistema solare è durata 10 volte più a lungo della formazione dei giganti gassosi. Dopo 75 milioni di anni, questo processo è giunto al termine. La polvere di queste "battaglie" si è dissipata e le sagome dei quattro pianeti interni - Mercurio, Venere, Terra e Marte - sono emerse dalle profondità dello spazio.
L'infanzia della nostra Terra, tuttavia, è stata difficile. Nel momento in cui la proto-terra raggiunse le dimensioni attuali e prese un'orbita stabile, aveva un inseguitore spaziale. Si ritiene che nelle fasi iniziali dello sviluppo, la Terra fosse accompagnata da un altro protopianeta: Thea. Aveva quasi la stessa orbita della Terra. Ha letteralmente seguito i suoi tacchi. Non sorprende che tale "controllo" prima o poi dovette sfociare in un feroce "conflitto": i pianeti entrarono in collisione. E ancora, grandi disastri si sono trasformati in una grande creazione - dai detriti di Thea e della Terra stessa, un satellite - si è formata la Luna (di questo si legga nell'ultimo numero della rivista nell'articolo "Storia della Terra in 30 minuti"). Essendo sopravvissuta al cataclisma e formato la Luna, la Terra è diventata uno dei pianeti più stabili del sistema solare interno. Questa è probabilmente un'altra ragioneperché era su di lei che la vita appariva (almeno, così diversa).
Anello di asteroidi e Cintura di Kuiper
Sembrerebbe che la formazione dei pianeti sia finita, ma tra Marte e Giove fino ad oggi c'è un anello che avrebbe dovuto trasformarsi in un altro pianeta molto tempo fa. Ma la sua nascita è impossibile: il "destino malvagio" nella forma del gigante Giove non le permette di formarsi: la forza gravitazionale del pianeta gassoso spinge costantemente gli asteroidi insieme e impedisce loro di essere attratti l'uno dall'altro.
Più vicino al confine del sistema solare, oltre l'orbita di Nettuno, c'è un altro anello di asteroidi: la fascia di Kuiper. Contiene molte rocce e ghiaccio, ma volano tutte così lontane l'una dall'altra che quasi mai si scontrano, quindi non formano pianeti.
Gli oggetti della cintura principale sono mostrati in verde, il disco sparso - in arancione. I quattro pianeti esterni sono evidenziati in blu, gli asteroidi troiani di Nettuno in giallo e Giove in rosa. L'aspetto dello spazio nella parte inferiore della figura è associato alla presenza in quest'area della striscia della Via Lattea, che nasconde oggetti deboli
Oltre all'anello di asteroidi e alla fascia di Kuiper, esiste anche un'ipotetica regione sferica nel sistema solare chiamata nube di Oort. È lei che, secondo molti ricercatori, è considerata la "patria" delle comete di lungo periodo. E sebbene l'esistenza della nuvola di Oort non sia confermata strumentalmente, molti dati indiretti ne indicano l'esistenza. Si ritiene che la nube di Oort sia il residuo del disco protoplanetario originale che si è formato intorno al Sole circa 4,6 miliardi di anni fa. L'ipotesi generalmente accettata è che gli oggetti della Nube di Oort si formassero originariamente molto più vicino al Sole nello stesso processo in cui si formarono i pianeti e gli asteroidi, ma l'interazione gravitazionale con i giovani pianeti giganti come Giove proiettò questi oggetti in orbite ellittiche o paraboliche estremamente allungate. …
Tardo pesante bombardamento
Tuttavia, 50 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare, c'erano 100 volte più corpi nella fascia di Kuiper e nell'anello di asteroidi rispetto a oggi. Tutti hanno svolto un ruolo distruttivo ma molto importante nell'evoluzione dei pianeti interni rocciosi, compresa la nostra Terra.
La causa del dramma, tuttavia, furono allora i giganti gassosi, le cui orbite spostate quasi distrussero il sistema solare. Quando Giove entrò in risonanza con Saturno, sorse l'eccitazione gravitazionale e si verificò una catastrofe: i pianeti si sparpagliarono nel sistema solare. Due pianeti, Nettuno e Urano, hanno sofferto di più. Le loro orbite sono invertite.
La risonanza Giove-Saturno ha completamente assottigliato sia la fascia degli asteroidi che la fascia di Kuiper. Il 99% dei corpi negli asteroidi e nelle fasce di Kuiper erano sparsi, la maggior parte di loro era al di fuori del sistema solare. Ma alcuni sono entrati. La terra, come altri pianeti rocciosi, era sulla linea di fuoco. Questo evento è noto come il tardo bombardamento pesante. Ma il principio "nessun rivestimento d'argento" ha funzionato di nuovo. Molti scienziati ritengono che siano stati proprio questi bombardamenti a portare l'acqua sulla Terra e allo stesso tempo minerali e sostanze organiche da cui si è successivamente sviluppata la vita.
Da allora, per quanto ne sa la scienza moderna, non ci sono stati gravi cataclismi nel sistema solare. Molti lo considerano generalmente atipico rispetto ad altri sistemi simili proprio per la sua stabilità. Siamo speciali?..
Il sistema solare dovrebbe esistere per altri 5 miliardi di anni, fino a quando la reazione termonucleare all'interno del sole non si ferma e si espande. Quando ciò accadrà, si trasformerà in una gigante rossa e ingoierà Mercurio, Venere e forse la nostra Terra. Ma anche se il nostro pianeta evitasse questo destino, la vita su di esso diventerà completamente impossibile a causa della vicinanza del sole gigante. La zona abitabile si sposterà fino ai confini del sistema planetario. Tuttavia, a causa della superficie enormemente aumentata, il Sole sarà una stella molto più fredda di prima. Dopodiché, il nostro sistema dovrà affrontare una tragedia ancora più grande: il Sole inizierà a ridursi di nuovo. Questo continuerà fino a quando non si trasformerà in una nana bianca - un nucleo stellare, un oggetto insolitamente denso la metà della massa originale della stella, ma solo la dimensione della Terra. Il processo di "morte" del Sole, come ogni altra cosa in questo mondo, è iniziato al momento della sua nascita. Quando il sole brucia le sue riserve di combustibile a idrogeno, l'energia rilasciata per supportare il nucleo tende a esaurirsi, causando la contrazione della stella. Ciò aumenta la pressione al suo interno e riscalda il nucleo, accelerando così la combustione del carburante. Di conseguenza, il Sole si illumina di circa il dieci percento ogni 1,1 miliardi di anni e si illuminerà di un altro 40% nei prossimi 3,5 miliardi di anni. Di conseguenza, il Sole si illumina di circa il dieci percento ogni 1,1 miliardi di anni e si illuminerà di un altro 40% nei prossimi 3,5 miliardi di anni. Di conseguenza, il Sole si illumina di circa il dieci percento ogni 1,1 miliardi di anni e si illuminerà di un altro 40% nei prossimi 3,5 miliardi di anni.
