Il Sistema Solare: le origini

Come ha avuto origine il Sistema Solare? Qual era la natura dei gas solari e quale tu la loro evoluzione? Quando e in quale maniera si formò il Sole? Perché i pianeti sono così diversi nella loro costituzione fisica e nelle caratteristiche di superficie?

Per quale motivo esistono certe similarità (i crateri, per esempio) tra i pianeti e d'altro canto ciascuno di essi sembra possedere una sua proprietà individuale (nel caso della Terra la presenza di animali, piante e acqua allo stato liquido)?

Numerose sono state le teorie formulate per dare un'interpretazione della formazione del Sistema Solare. Storicamente tuttavia si possono riscontrare due correnti di opinioni. La prima è di tipo "catastrofistico", e cioè introduce un qualche evento improvviso ed esterno al sistema per giustiticarne l'origine; la seconda è invece di tipo "evoluzionistico" nel senso che concepisce l'origine come la diretta conseguenza di condizioni caratteristiche del sistema stesso.

Fra le più recenti ipotesi di tipo catastrofistico si possono citare quelle di Chamberlain-Moulton e di Jean Jeffrey secondo le quali un filamento proveniente dal Sole (una parte del Sole stesso) fu la fonte della materia che formò il Sistema Solare. Questo filamento si sarebbe staccato dal Sole a causa della collisione o del passaggio radente di una stella. Questo tipo di collisione avrebbe però in realtà poche probabilità di verificarsi.

Quella che oggi è certa e quella evoluzionistica. Essa presuppone che il Sole e i pianeti si siano formati da un'enorme nebulosa, cioè una massa di gas e polveri analoga a quelle che sovente gli astronmi hanno occasione di osservare nel cielo.

Questa teoria è chiamata teoria nebulare, afferma che questa nebulosa solare, in lenta rotazione su se stessa, si trasformò rapidamente in un grande disco al centro del quale si raccolse una massa crescente di materia.

Questa massa divenne così pesante, densa e calda da provocare una reazione nucleare, trasformandosi così in una stella: il Sole.

A questo punto i sostenitori ditale teoria sono in disaccordo circa il modo di formazione dei vari pianeti.

Si fanno due ipotesi; secondo la prima, quella dei protopianeti, dalla nebulosa si sarebbero staccate, per effetto della rotazione, masse stabili di gas che si sarebbero infine contratte fino a formare i pianeti.

Per la seconda ipotesi, quella dei pianeti infinitesimali, le particelle di polvere si sarebbero aggregate formando alcuni piccoli corpi solidi, che avrebbero esercitato un'attrazione su altra ~ aumentando in tal modo il loro volume sino a raggiungere dimensioni planetarie pianeti finirono per essere attratti verso il Sole dalla forza di gravità esercitata dal medesimo e rimasero in equilibrio in orbita per l'effetto combinato della forza gravitazionale e del momento angolare (forza centrifuga) creatosi col movimento di rotazione intorno al Sole.

I satelliti dei pianeti accrebbero il loro volume probabilmente allo stesso modo e furono in seguito catturati, quando già formavano delle piccole masse, dal campo gravitazionale dei pianeti.

Le differenze e le analogie più rilevanti si riscontrano fondamentalmente a livello di composizione chimica.

Se è vero che i pianeti, il Sole, così come satelliti e meteoriti sono tutti figli della stessa nebulosa originaria, come giustificare il fatto che il 99,99% della nostra stella è costituito di solo 15 elementi chimici, che la Terra, Venere, Mercurio, Marte e altri corpi sono costituiti da elementi rocciosi, Giove, Saturno, Urano e Nettuno da materia gassosa o liquida, i grandi satelliti dei pianeti esterni sono prevalentemente costituiti di ghiaccio d'acqua, di ammoniaca o metano?

Una linea promettente di ricerca è quella che considera la nebulosa solare originaria come un grande sistema unico ma differenziato nelle sue diverse parti a causa soprattutto della temperatura. In essa la temperatura sarebbe stata massima al centro e via via più bassa verso la periferia. Cosicché, anche immaginando una certa uniformità di composizione di base, nelle zone in prossimità del centro i materiali, a temperature superiori ai 2 000 K, si sarebbero trovati nell'impossibilità di uscire dal loro stato gassoso.

A una distanza di forse 30 milioni di chilometri dal centro, invece, scesa la temperatura sotto i 1000 K, alcune sostanze (e precisamente quelle a più alto punto di fusione) avrebbero potuto condensare formando grani di materia solida.

Naturalmente in questa zona (che si sarebbe estesa fino alla fascia degli asteroidi tra Marte e Giove) gli elementi a più basso punto di fusione ed evaporazione avrebbero continuato a rimanere gassosi.

A distanza ancora maggiore dal centro, scesa ulteriormente la temperatura, anche gli elementi volatili avrebbero potuto condensare facilmente.

In effetti, considerando il Sistema Solare nel suo insieme, si può riconoscere che allontanandosi dal Sole, il centro della nebulosa originaria, aumentano gli elementi volatili, quelli cioè che hanno potuto condensarsi a più bassa temperatura; avvicinandosi aumenta invece quella degli elementi non volatili condensatisi a temperature più alte.

La ricerca prosegue dunque nei laboratori di chimica planetaria dove, sulla base dei nuovi dati forniti dalle sonde e dalla ricerca astrofisica, si cerca di costruire un modello di sistema chimico che sia in grado di dare una giustificazione alla varietà di composizione del Sistema Solare.

Il modello che sembra per ora rispondere meglio è quello che presuppone che la condensazione delle diverse sostanze che formano i pianeti sia avvenuta in equilibrio con la temperatura esistente nella nebulosa solare in quel punto e in quel momento. I materiali condensati sarebbero rimasti patrimonio del pianeta; gran parte di quelli che non condensarono furono dispersi nelle fasi successive di evoluzione sia della nebulosa (spazzati dal violentissimo vento generato dalla fase di origine solare) sia del singolo corpo planetario.