In una nuova indagine di laboratorio sulle atmosfere iniziali dei pianeti rocciosi simili alla Terra, i ricercatori dell'UC Santa Cruz hanno riscaldato campioni di meteoriti incontaminati in una fornace ad alta temperatura e hanno analizzato i gas rilasciati.

I loro risultati, pubblicato il 15 aprile in Astronomia della natura , suggeriscono che le atmosfere iniziali dei pianeti terrestri possono differire significativamente da molti dei presupposti comuni utilizzati nei modelli teorici delle atmosfere planetarie.

"Queste informazioni saranno importanti quando inizieremo a essere in grado di osservare le atmosfere degli esopianeti con nuovi telescopi e strumentazione avanzata, " ha detto la prima autrice Maggie Thompson, uno studente laureato in astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz.

Si pensa che le prime atmosfere dei pianeti rocciosi si formino principalmente dai gas rilasciati dalla superficie del pianeta a causa dell'intenso riscaldamento durante l'accrescimento dei mattoni planetari e della successiva attività vulcanica all'inizio dello sviluppo del pianeta.

"Quando gli elementi costitutivi di un pianeta si uniscono, il materiale viene riscaldato e vengono prodotti gas, e se il pianeta è abbastanza grande i gas saranno trattenuti come atmosfera, " ha spiegato la coautrice Myriam Telus, assistente professore di scienze della Terra e planetarie presso la UC Santa Cruz. "Stiamo cercando di simulare in laboratorio questo processo molto precoce quando si sta formando l'atmosfera di un pianeta in modo da poter mettere alcuni vincoli sperimentali su quella storia".

I ricercatori hanno analizzato tre meteoriti di un tipo noto come condriti carboniose di tipo CM, che hanno una composizione considerata rappresentativa del materiale da cui si sono formati il ​​sole e i pianeti.

"Questi meteoriti sono residui dei materiali dei mattoni che sono andati a formare i pianeti nel nostro sistema solare, " ha detto Thompson. "Le condriti sono diverse dagli altri tipi di meteoriti in quanto non si sono surriscaldate abbastanza da sciogliersi, quindi hanno conservato alcuni dei componenti più primitivi che possono dirci sulla composizione del sistema solare durante il periodo della formazione del pianeta".

Lavorando con scienziati dei materiali nel dipartimento di fisica, i ricercatori hanno allestito una fornace collegata a uno spettrometro di massa ea un sistema per il vuoto. Poiché i campioni di meteorite sono stati riscaldati a 1200 gradi Celsius, il sistema ha analizzato i gas volatili prodotti dai minerali nel campione. Il vapore acqueo era il gas dominante, con quantità significative di monossido di carbonio e anidride carbonica, e rilasciate anche quantità minori di idrogeno e gas di idrogeno solforato.

Secondo Telus, i modelli delle atmosfere planetarie spesso assumono abbondanze solari, cioè una composizione simile al sole e quindi dominata da idrogeno ed elio.

"Sulla base del degassamento dei meteoriti, però, ti aspetteresti che il vapore acqueo sia il gas dominante, seguito da monossido di carbonio e anidride carbonica, " ha detto. "Utilizzare le abbondanze solari va bene per i grandi, Pianeti delle dimensioni di Giove che acquisiscono le loro atmosfere dalla nebulosa solare, ma si pensa che i pianeti più piccoli ottengano più atmosfere dal degassamento".

I ricercatori hanno confrontato i loro risultati con le previsioni dei modelli di equilibrio chimico basati sulla composizione dei meteoriti. "Qualitativamente, otteniamo risultati abbastanza simili a quelli che i modelli di equilibrio chimico prevedono dovrebbe essere degassato, ma ci sono anche alcune differenze, "Ha detto Thompson. "Hai bisogno di esperimenti per vedere cosa succede realmente nella pratica. Vogliamo farlo per un'ampia varietà di meteoriti per fornire vincoli migliori per i modelli teorici delle atmosfere esoplanetarie".

Altri ricercatori hanno effettuato esperimenti di riscaldamento con meteoriti, ma quegli studi erano per altri scopi e usavano metodi diversi. "Molte persone sono interessate a cosa succede quando i meteoriti entrano nell'atmosfera terrestre, quindi quei tipi di studi non sono stati fatti con questo quadro in mente per capire il degassamento, "ha detto Thompson.

I tre meteoriti analizzati per questo studio erano la condrite di Murchison, che cadde in Australia nel 1969; Jbilet Winselwan, raccolti nel Sahara occidentale nel 2013; e Aguas Zarcas, caduta in Costa Rica nel 2019.

"Può sembrare arbitrario utilizzare i meteoriti del nostro sistema solare per comprendere gli esopianeti intorno ad altre stelle, ma gli studi su altre stelle stanno scoprendo che questo tipo di materiale è in realtà abbastanza comune intorno ad altre stelle, " ha osservato Telus.