Cominciamo dall'inizio. Prima degli umani, prima della Terra, prima che esistesse uno qualsiasi dei pianeti, c'erano piccoli pianeti, planetesimi. Coalescenza di polvere esplosa verso l'esterno dalla nebulosa solare, queste macchie di materiale avevano un diametro di pochi chilometri. Prossimamente, anch'essi si aggregarono per gravità per formare i pianeti rocciosi nella parte più interna del sistema solare, lasciando all'immaginazione i primi dettagli su questi planetesimi.

La loro misteriosa identità è complicata dal fatto che Mercurio, Venere, Terra, e Marte sono tutti diversi nella composizione chimica. Come un frullatore che mescola gli ingredienti in una torta, La Terra ha subito qualche riarrangiamento, in gran parte a causa del vulcanismo e della tettonica a zolle che spostano gli elementi dentro e fuori l'interno, che oscura ulteriormente le informazioni su quali potrebbero essere stati gli ingredienti originali, e le loro proporzioni.

Ora, una coppia di scienziati del MIT del Dipartimento della Terra, Le scienze atmosferiche e planetarie (EAPS) hanno rivelato alcune informazioni chiave su quei planetesimi ricreando in laboratorio i primi magmi che questi oggetti potrebbero aver prodotto nell'infanzia del sistema solare. E si scopre, ci sono prove fisiche di questi magmi nei meteoriti, aggiungendo convalida alle loro affermazioni.

"Questa formazione e differenziazione di questi planetesimi è una specie di passo importante nel modo in cui si creano i pianeti terrestri interni, e stiamo davvero appena iniziando a sbloccare quella storia, "dice R R Schrock Professore di Geologia Timothy Grove, autore senior dello studio, pubblicato in una trilogia di articoli su riviste Geochimica et Cosmochimica Acta e Meteoritica e scienze planetarie .

Teaser di meteoriti

Piccoli pezzi di prova degli elementi costitutivi planetari del sistema solare esistono fino ad oggi nei meteoriti, che rientrano tutti in due grandi categorie. Le condriti sono fatte di materiale originale e sono il tipo più comune. Gli acondriti provengono da corpi genitori che hanno subito una sorta di modifica e la comprensione di tali modifiche aiuta a spiegare i processi che formano e fanno crescere i pianeti.

ureiliti, il secondo gruppo più abbondante di acondriti, erano l'oggetto originale di questa inchiesta. Ma presto, i ricercatori si sono resi conto che i loro risultati potevano essere applicati anche altrove.

Grazie ad una serie di esperimenti volti a correggere errori nelle tecniche passate, Grove e l'autore principale Max Collinet Ph.D. Il '19 ha scoperto una nuova prospettiva. "Siamo davvero venuti dal voler capire qualcosa su un piccolo gruppo di meteoriti che potrebbe sembrare oscuro a molte persone, " dice Collinet della sua ricerca di dottorato. "Ma poi quando abbiamo fatto quegli esperimenti, ci siamo resi conto che le fusioni che stavamo producendo hanno molte implicazioni su molti altri elementi costitutivi planetari".

Ciò include l'origine del tipo più abbondante di meteoriti acondritici, chiamate eucriti, presumibilmente proveniente da Vesta, il secondo corpo più grande della cintura di asteroidi. Questo perché nel 1970, un ricercatore del MIT ha scoperto che Vesta era fatta dello stesso tipo di roccia basaltica. "Abbiamo avuto tutte queste lave basaltiche dalla superficie di Vesta, e praticamente tutti pensavano che fosse quello che succede quando sciogli questi corpi, " spiega Grove. Ma recentemente, altri studi hanno ribaltato questa ipotesi, lasciando la domanda:quali sono stati i primi fusi formati nei planetesimi?

Fare piccoli pianeti

"Ciò che ci siamo resi conto è che in realtà non sapevamo affatto quale fosse la composizione di quei primi magmi che si producevano in nessun planetesimo, per non parlare di quello che ci interessava:il corpo genitore degli ureiliti, " dice Collinet dei risultati dei loro nuovi metodi sperimentali.

Negli studi precedenti, utilizzando una tipica configurazione sperimentale "sistema aperto" che ha mantenuto i bassi livelli di ossigeno previsti all'interno di un planetesimo, gran parte degli elementi alcalini altamente reattivi, sodio e potassio, potrebbero sfuggire.

Grove e Collinet hanno dovuto lavorare insieme per eseguire gli esperimenti utilizzando un dispositivo unico al MIT che manteneva il sistema "chiuso" e conservava tutti gli alcali. Hanno caricato una minuscola capsula metallica di pochi millimetri quadrati con gli stessi elementi chimici che potrebbero essere presenti in un planetesimo e l'hanno sottoposta a condizioni di scarso ossigeno, temperature di fusione delle rocce, e pressioni previste negli interni dei corpi relativamente piccoli. Una volta soddisfatte tali condizioni, il magma del campione è stato congelato, come registrato nei loro metodi, "colpendo" la macchina con una chiave inglese per assicurarsi che la capsula si liberasse, scende rapidamente a temperatura ambiente.

Analizzando il magma, raffreddato in un bicchiere, era difficile. Perché stavano cercando l'inizio della fusione, le piscine all'interno dei campioni erano piuttosto piccole. Ci sono voluti alcuni aggiustamenti alle loro procedure per combinare tutte le piccole piscine in una tasca più grande. Una volta che sono stati in grado di misurare i campioni, la coppia rimase scioccata dalle implicazioni di ciò che trovarono.

"Non avevamo idea che avremmo prodotto questa roba. Era completamente imprevisto, " Grove si meraviglia. "Questa roba" era un granito ricco di alcali, un colore chiaro, composizione ricca di silice come si potrebbe vedere su un piano di lavoro della cucina, all'estremità opposta dello spettro del tipo roccioso da quello povero di alcali, basalti poveri di silice su Vesta, come quelli formati dalla lava alle Hawaii.

"Collinet e Grove mostrano che le idee precedenti sulle composizioni delle prime fusioni nel nostro sistema solare, ~ 4,6 miliardi di anni fa, potrebbe essere stato errato perché la registrazione dei primi processi è stata oscurata dall'attività geologica in tempi più recenti, "dice Cyrena Goodrich, un ricercatore senior presso il Lunar and Planetary Institute dell'Associazione per la ricerca spaziale delle università, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questi risultati avranno applicazioni per una vasta gamma di argomenti in geologia e scienze planetarie e influenzeranno sostanzialmente il lavoro futuro".

Questi risultati sorprendenti hanno quasi eguagliato i fusi misurati in molti campioni di meteoriti naturali. Inoltre, la coppia aveva imparato qualcosa sui misteriosi alcali mancanti dai pianeti rocciosi e le differenze tra la Terra, Marte, Venere e Mercurio.

Reimmaginare l'inizio

In precedenza, si presumeva che le dissomiglianze tra i pianeti terrestri si fossero verificate durante la dispersione iniziale degli elementi nella nebulosa solare e fossero legate a come quegli elementi si fossero condensati dai gas ai solidi.

"Ora abbiamo un altro modo, " dice Grove. Con i fusi che ospitano molti degli alcali, basterebbe solo un metodo di rimozione del fuso per lasciare i planetesimi residui impoveriti di potassio e sodio.

Il prossimo passo sarà determinare come questi fusi potrebbero essere estratti dagli interni dei planetesimi, dato che i driver del movimento del magma sulla Terra probabilmente non sarebbero gli stessi in questi corpi planetari. Infatti, migrazione di elementi nei primi pianeti, come la formazione di anime metalliche, è una vasta area sconosciuta che la coppia di scienziati è ansiosa di continuare ad esplorare.

A causa dell'incapacità di osservare ciò che è realmente accaduto nella creazione del sistema solare, le sorprese esposte da questo studio sono un passo significativo. "Portiamo nuovi indizi su come la nebulosa ha creato questi corpi, " riassume Collinet, che ora è un postdoc in Germania, lavorando sulla comprensione degli strati sotto la crosta esterna di Marte. Da una minuscola capsula in un laboratorio del campus del MIT o da una microscopica gocciolina di fusione in un meteorite, è possibile rivelare una visione profonda della nascita di un vasto pianeta.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.