Un team internazionale di ricercatori dell'Università di Oxford, LMU Monaco di Baviera, Politecnico di Zurigo, BGI Bayreuth, e l'Università di Zurigo ha scoperto che un processo di formazione in due fasi del primo sistema solare può spiegare la cronologia e dividere in contenuto volatile e isotopico del sistema solare interno ed esterno.

I loro risultati saranno pubblicati in Scienza .

Il documento presenta un nuovo quadro teorico per la formazione e la struttura del Sistema Solare che può spiegare diverse caratteristiche chiave dei pianeti terrestri (come la Terra, Venere, e Marte), sistema solare esterno (come Giove), e composizione di asteroidi e famiglie di meteoriti. Il lavoro del team attinge e collega i recenti progressi dell'astronomia (ovvero le osservazioni di altri sistemi solari durante la loro formazione) e della meteoritica:esperimenti di laboratorio e analisi sull'isotopo, ferro da stiro, e contenuto di acqua nei meteoriti.

La combinazione suggerita di fenomeni astrofisici e geofisici durante la prima fase di formazione del Sole e del Sistema Solare stesso può spiegare perché i pianeti interni del Sistema Solare sono piccoli e secchi con poca acqua in massa, mentre i pianeti esterni del Sistema Solare sono più grandi e bagnati da molta acqua. Spiega la registrazione del meteorite formando i pianeti in due fasi distinte. I protopianeti terrestri interni si sono accresciuti presto e sono stati internamente riscaldati da un forte decadimento radioattivo; questo li ha asciugati e ha spaccato l'interno, secca dall'esterno, popolazione planetaria umida. Ciò ha diverse implicazioni per la distribuzione e le condizioni di formazione necessarie di pianeti come la Terra nei sistemi planetari extrasolari.

Gli esperimenti numerici eseguiti dal team interdisciplinare hanno mostrato che le cronologie relative dell'inizio precoce e della fine prolungata dell'accrescimento nel Sistema Solare interno, e un esordio successivo e un accrescimento più rapido dei pianeti esterni del Sistema Solare può essere spiegato da due distinte epoche di formazione dei planetesimi, gli elementi costitutivi dei pianeti. Recenti osservazioni di dischi che formano pianeti hanno mostrato che i piani intermedi del disco, dove si formano i pianeti, possono avere livelli di turbolenza relativamente bassi. In tali condizioni, le interazioni tra i granelli di polvere incorporati nel gas del disco e l'acqua intorno alla posizione orbitale dove passa dalla fase gassosa a quella ghiacciata (la linea della neve) possono innescare un'esplosione di formazione iniziale di planetesimi nel Sistema Solare interno e un'altra successiva e più lontano.

I due distinti episodi di formazione delle popolazioni planetesimali, che accrescono ulteriormente il materiale dal disco circostante e tramite collisioni reciproche, provocare diverse modalità geofisiche di evoluzione interna per i protopianeti in formazione. Dr. Tim Lichtenberg del Dipartimento di Atmosfera, Oceanic and Planetary Physics dell'Università di Oxford e autore principale dello studio osserva:"I diversi intervalli di tempo di formazione di queste popolazioni planetesimali significano che il loro motore termico interno dal decadimento radioattivo differiva sostanzialmente. I planetesimi del sistema solare interno sono diventati molto caldi, sviluppato oceani di magma interno, nuclei di ferro formati rapidamente, e degassato il loro contenuto volatile iniziale, che alla fine ha portato a composizioni di pianeti secchi. In confronto, i planetesimi del sistema solare esterno si sono formati in seguito e quindi hanno subito un riscaldamento interno sostanzialmente inferiore e quindi una formazione limitata del nucleo di ferro, e rilascio volatile.

"Il sistema solare interno, formatosi in anticipo e asciutto, e il sistema solare esterno formatosi in seguito e umido, sono stati quindi impostati su due diversi percorsi evolutivi molto presto nella loro storia. Questo apre nuove strade per comprendere le origini delle prime atmosfere della Terra- come i pianeti e il posto del Sistema Solare nel contesto del censimento esoplanetario in tutta la galassia."

Questa ricerca è stata supportata dal finanziamento della Simons Collaboration on the Origins of Life, il Fondo nazionale svizzero per la scienza, e il Consiglio europeo della ricerca.

Lo studio completo, "Biforcazione dei mattoni planetari durante la formazione del Sistema Solare, " sarà pubblicato il 22 gennaio 2021 in Scienza , 371, 6527.