Urano e Nettuno sono i pianeti più esterni del Sistema solare. Per dimensioni, probabile composizione del nucleo e grande distanza dal Sole, sono effettivamente simili e chiaramente molto diversi dai pianeti terrestri interni e dai giganti gassosi Giove e Saturno. «Tuttavia, tra i due pianeti ci sono anche notevoli differenze che richiedono spiegazioni», osserva Christian Reinhardt, che si è dedicato allo studio di Urano e Nettuno con Alice Chau, Joachim Stadel e Ravit Helled – tutti membri del PlanetS che lavorano all’Università di Zurigo, Institute for Computational Science. «Ad esempio, Urano e i suoi principali satelliti sono inclinati di circa 97 gradi rispetto al piano orbitale e la rotazione del pianeta è retrograda», spiega Joachim Stadel.
Urano (a sinistra) e Nettuno (a destra) fotografati dal Voyager 2. Crediti: Nasa/Jpl
Oltre a questo, i sistemi dei satelliti dei due pianeti sono diversi. I principali satelliti di Urano giacciono su orbite regolari e inclinate come il pianeta, suggerendo che si sono formati da un disco simile a quello che ha portato alla formazione della Luna. Tritone invece, il più grande satellite di Nettuno, è molto inclinato (mostra un’inclinazione di 157 gradi rispetto all’asse di Nettuno, a sua volta inclinato di 30 gradi rispetto al piano dell’orbita) e quindi molto probabilmente è un oggetto che è stato catturato dal pianeta stesso. Infine, anche i flussi di calore e la struttura interna potrebbero essere molto diversi.
«Spesso si assume che entrambi i pianeti si siano formati in modo simile», spiega Alice Chau. Questo spiegherebbe facilmente le loro masse molto simili, la separazione orbitale media dal Sole e la possibile composizione. Ma allora da dove vengono le differenze riscontrate? Poiché all’epoca della formazione dei pianeti e durante le prime fasi della loro evoluzione, gli impatti dovevano essere piuttosto comuni, all’origine di questa dicotomia potrebbe esserci stato un gigantesco impatto. Tuttavia, studi precedenti hanno studiato esclusivamente impatti su Urano oppure sono stati limitati a causa di forti semplificazioni nei calcoli dell’impatto stesso.
La formazione di Urano e Nettuno (cliccare per ingrandire). Crediti: Reinhardt & Helled, ICS, University of Zürich
Per la prima volta, un team di scienziati dell’Università di Zurigo ha studiato una serie di collisioni su entrambi i pianeti utilizzando simulazioni al computer ad altissima risoluzione. A partire da due pianeti prima dell’impatto – Urano e Nettuno – molto simili tra loro, hanno dimostrato che l’impatto di un corpo con una massa di 1-3 masse terrestri potrebbe spiegare questa dicotomia.
Nel caso di Urano, una collisione radente è in grado di inclinare il pianeta ma non influisce sull’interno del pianeta stesso. Nel caso di Nettuno, una collisione frontale modifica la struttura interna ma non è in grado di formare un disco, risultando quindi coerente con l’assenza di grandi lune su orbite regolari. Tale collisione, capace di alterare le profondità del pianeta, è supportata anche dal maggiore flusso di calore osservato per Nettuno.
«Con questo lavoro», conclude Ravit Helled, «siamo riusciti a dimostrare che un percorso di formazione planetaria inizialmente molto simile può portare alla dicotomia osservata nelle proprietà di questi affascinanti pianeti esterni». Le future missioni Nasa ed Esa su Urano e Nettuno potrebbero fornire nuovi vincoli fondamentali per tale scenario, migliorare la nostra comprensione della formazione del Sistema solare e fornire una migliore comprensione degli esopianeti in questo regime di masse.
Per saperne di più:
- Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Bifurcation in the history of Uranus and Neptune: the role of giant impacts” di Alice Chau, Joachim Stadel e Ravit Helled