Il nostro sistema solare probabilmente conteneva 4 giganti di ghiaccio.

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Il nostro sistema solare ha due giganti di ghiaccio, Urano e Nettuno, ma potrebbe essercene stato un terzo se non addirittura un quarto. Secondo un nuovo studio pubblicato sulla rivista Icarus , questo mondo extra potrebbe aver innescato un violento rimescolamento planetario miliardi di anni fa, che potrebbe aver sconvolto alcune delle lune di Giove e Urano e aver portato alla formazione di altre.

Mancate occasioni

Poco dopo la formazione dei pianeti, avvenuta tra 4 e 4,5 miliardi di anni fa, il sistema solare esterno ha attraversato un periodo di estremo caos noto come instabilità del Modello di Nice. Durante quest’epoca, le orbite di Giove, Saturno, Urano e Nettuno si sono modificate drasticamente, diventando estremamente instabili.

Gli incontri ravvicinati erano frequenti, con i pianeti giganti che si avvicinavano incredibilmente l’uno all’altro e si attraevano reciprocamente con potenti forze gravitazionali. Questo movimento caotico ha infine portato i pianeti ad assestarsi nelle loro posizioni attuali. Ma gli scienziati si sono a lungo chiesti come le loro lune, altrimenti normali, siano sopravvissute a questo violento sconvolgimento.

Per comprendere meglio cosa stesse accadendo, in particolare alle lune del gigante gassoso Giove e del gigante ghiacciato Urano, un team di ricercatori ha analizzato 122 simulazioni al computer del sistema solare primordiale. Queste simulazioni sono state selezionate tra migliaia di opzioni perché riproducevano le caratteristiche principali del moderno sistema solare esterno.

Gli scienziati hanno utilizzato un software in grado di tracciare le complesse interazioni gravitazionali tra pianeti, lune, il Sole e corpi celesti di passaggio nel corso di milioni di anni. Hanno testato diverse versioni della storia planetaria, alcune delle quali iniziavano con cinque o sei pianeti giganti. Questo perché l’attuale versione del Modello di Nizza include scenari con uno o due giganti aggiuntivi che sono stati successivamente espulsi dal sistema solare.

Investimenti cosmici

I modelli computerizzati hanno mostrato che il tasso di sopravvivenza dei sistemi lunari sia di Giove che di Urano era basso. Come notano i ricercatori nel loro articolo, “Abbiamo scoperto che la probabilità di sopravvivenza per i sistemi lunari di Giove e di Urano è inferiore al 15% in entrambi i casi”. Di tutti gli scenari testati, solo in uno le lune e i pianeti originali sono sopravvissuti insieme.

Quando i pianeti si sono avvicinati troppo a Urano, l’immensa gravità ha quasi certamente causato la distruzione delle sue lune. Ma invece di disperdersi nello spazio, si sono scontrate l’una contro l’altra ad alta velocità. Questo ha generato un’enorme distesa di detriti ghiacciati che, col tempo, si sono ricompattati. Il team di ricerca ritiene che questo fenomeno potrebbe spiegare la formazione di Miranda, una delle lune di Urano.

Ma questa non è stata l’unica volta in cui le simulazioni hanno rivelato una storia violenta per le sue lune. “I nostri risultati indicano che le lune di Urano sono state probabilmente perturbate fino al punto di collisioni almeno due volte: sia a causa dell’impatto che ha inclinato il pianeta, sia a causa dell’instabilità del pianeta gigante.”

Sebbene l’articolo offra un quadro affascinante del sistema solare primordiale, i ricercatori riconoscono che le simulazioni non possono catturare ogni dettaglio e che saranno necessari ulteriori modelli per determinare il destino delle singole lune.

Si ritiene che, qualche tempo dopo la loro formazione su orbite più compatte, i pianeti giganti del sistema solare abbiano subito un’instabilità dinamica che ha causato l’eccitazione, la divergenza e l’espulsione di uno o più oggetti con masse paragonabili a quelle dei moderni giganti di ghiaccio. Una caratteristica fondamentale di questo modello è che i pianeti entrano in contatto con altri corpi planetari, e questi incontri facilitano la cattura di piccoli corpi vicini come satelliti irregolari. Le simulazioni di instabilità indicano che le distanze di incontro tra pianeti possono tipicamente scendere al di sotto di 0,1 UA, che è solo circa un ordine di grandezza maggiore dell’estensione radiale dei sistemi di satelliti regolari dei pianeti moderni. In questo articolo modelliamo gli effetti di questi incontri sulla stabilità dinamica delle lune regolari di Giove e Urano. A differenza degli studi precedenti, limitati a una ristretta gamma di possibili percorsi evolutivi, abbiamo testato storie di incontri provenienti da 122 plausibili storie dinamiche del sistema solare esterno. Abbiamo scoperto che la probabilità di sopravvivenza per i sistemi di lune di Giove e Urano è inferiore al 15%. Inoltre, identifichiamo un solo caso in cui sia i grandi satelliti di Urano che quelli di Giove sopravvivono costantemente alla stessa instabilità. È interessante notare che le lune di Giove hanno maggiori probabilità di sopravvivere in instabilità inizializzate con due giganti di ghiaccio extra più piccoli, e i casi con un pianeta aggiuntivo più grande forniscono condizioni più favorevoli per la sopravvivenza del sistema uraniano. In entrambi i casi, se Urano incontra un altro gigante di ghiaccio a 0,02 au, ovvero uno dei giganti del gas a A una distanza di 0,1 UA, la distruzione del sistema di satelliti è praticamente garantita. Anche incontri più ampi possono influenzare il sistema, soprattutto se si verificano in successione. Poiché la risonanza di Laplace probabilmente non sarebbe presente oggi se le lune di Giove fossero state destabilizzate e si fossero scontrate tra loro dopo la loro formazione, i nostri risultati indicano che le lune di Urano sono state probabilmente perturbate al punto da subire collisioni almeno due volte: sia a causa dell’impatto che ha inclinato il pianeta, sia a causa dell’instabilità del pianeta gigante. In quest’ultimo caso, abbiamo scoperto che le lune vicine hanno probabilmente subito una serie di collisioni ad alta velocità che hanno ridistribuito il materiale fino a quando le orbite dei satelliti non sono state ricircolate dalle forze mareali. Ipotizziamo che una tale serie di collisioni potrebbe fornire un’interessante spiegazione per le piccole dimensioni e la composizione ghiacciata di Miranda. In alternativa, è anche possibile che Urano abbia fortuitamente evitato incontri planetari profondi in un modo non catturato nel nostro campione di simulazioni.

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