I ricercatori della UC Santa Cruz hanno effettuato un’indagine in laboratorio sulle atmosfere planetarie primordiali di pianeti rocciosi simili alla Terra.
Le meteoriti sono rocce primitive che nascondono i segreti della formazione del sistema solare. La loro composizione chimica e mineralogica porta con sé importanti informazioni e i ricercatori le analizzano per scoprire di più sui processi di formazione del Sistema solare e dei pianeti extrasolari.
Ricorrendo a una tecnica particolare ricercatori hanno riscaldato campioni di meteoriti incontaminati all’interno di una fornace ad alta temperatura e hanno analizzato i gas prodotti dalle rocce scoprendo importanti dettagli sulla composizione delle atmosfere planetarie di pianeti simili alla Terra. I risultati dello studio sono stati pubblicati il 15 aprile su Nature Astronomy.
Lo studio dei gas emessi indica che all’interno delle meteoriti le tracce delle atmosfere primordiali dei pianeti terrestri possono differire in modo significativo da molte delle ipotesi più comuni utilizzate per creare modelli teorici di atmosfere planetarie.
La prima autrice Maggie Thompson, studentessa laureata in astronomia e astrofisica all’UC Santa Cruz ha sottolineato l’importanza delle informazioni ottenute dallo studio.
Queste informazioni verranno utilizzate non appena gli astronomi saranno in grado di osservare direttamente le atmosfere planetarie extrasolari con nuovi telescopi dotati di strumentazione avanzata in grado di rivelare e studiare gli spettri emessi.
Formazione delle atmosfere planetarie
Si pensa che le atmosfere planetarie primordiali dei pianeti rocciosi come la Terra o Marte nascano a partire dal degassamento della superficie.
L’intenso riscaldamento durante la fase di accrescimento, dovuto alla pioggia di meteoriti e della successiva attività vulcanica del pianeta neonato, porterebbe quindi al rilascio di grandi quantità di gas che andrebbero a formare l’atmosfera del nuovo pianeta.
Come ha spiegato la coautrice dello studio Myriam Telus, assistente professoressa di scienze della Terra e planetarie all’UC Santa Cruz, quando il pianeta si aggrega, subisce un notevole riscaldamento producendo grandi quantità di sostanze volatili. A questo punto, se il pianeta ha una massa sufficientemente grande i gas rilasciati formeranno un’atmosfera.
Atmosfere planetarie simulate
I ricercatori oggi cercano di simulare in laboratorio il processo in cui nasce l’atmosfera di un pianeta in modo da poter porre alcuni vincoli sperimentali alla sua formazione.
I ricercatori hanno esaminato tre meteoriti di un tipo noto come condriti carboniose di tipo CM, che mostrano una composizione considerata rappresentativa del materiale da cui si sono formati il Sole e i pianeti Terra compresa.
Le meteoriti sono i materiali residuo che sono andati a costituire i pianeti nel nostro sistema solare. Le condriti carboniose CM sono diverse da altri tipi di meteoriti in quanto non sono diventate abbastanza calde da sciogliersi, quindi hanno trattenuto alcuni dei componenti più primitivi che hanno partecipato alla formazione del sistema solare.
I ricercatori hanno chiesto la collaborazione degli scienziati dei materiali nel dipartimento di fisica e hanno installato una fornace collegata a uno spettrometro di massa e un sistema per creare il vuoto. Quando i campioni, posti all’interno della fornace, sono stati riscaldati a 1200 gradi Celsius, il sistema ha analizzato i gas volatili prodotti dai minerali presenti nel campione.
Il gas più abbondante si è rivelato essere il vapore acqueo. Il sistema di rilevamento ha trovato inoltre quantità significative di monossido di carbonio, anidride carbonica e quantità minori di idrogeno e idrogeno solforato.
Secondo Telus, i modelli di atmosfere planetarie spesso assumono una composizione simile al Sole e quindi dominata da idrogeno ed elio. Una composizione delle atmosfere simile alla composizione del Sole va bene per i grandi pianeti delle dimensioni di Giove o Saturno che acquisiscono le loro atmosfere dalla nebulosa solare, ma si pensa che i pianeti più piccoli generino le loro atmosfere dal degassamento.
I ricercatori hanno confrontato i risultati con le previsioni dei modelli di equilibrio chimico basati sulla composizione dei meteoriti.
Come ha spiegato Thompson, a livello qualitativo, negli esperimenti sono stati ottenuti risultati comparabili a quelli che i modelli di equilibrio chimico prevedono, con alcune differenze.
Anche altri team di ricercatori hanno effettuato esperimenti riscaldando i meteoriti, ma questi studi erano per altri scopi e utilizzavano metodi diversi. Questo tipo di studi, spiega Thompson vengono effettuati per capire cosa accade durante la fase di rientro atmosferico dei meteoriti.
I tre meteoriti analizzati per lo studio delle atmosfere planetarie sono stati la condrite di Murchison, caduta in Australia nel 1969; Jbilet Winselwan, raccolto nel Sahara occidentale nel 2013; e Aguas Zarcas, caduto in Costa Rica nel 2019.
Può sembrare strano analizzare i meteoriti del sistema solare per estrapolare dati sulla formazione delle atmosfere planetarie aliene, ma studi effettuati sulle stelle hanno scoperto che questi materiali sono abbastanza comuni anche nei sistemi solari diversi dal nostro.