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Fu Immanuel Kant (ed in
seguito Laplace) a proporre una prima teoria basata sull’idea che il sole
e i pianeti nacquero a partire da una nube di gas e polveri. Tale concetto
nel corso dei tre secoli successivi venne sottoposto ad una massacrante
serie di rielaborazioni dovute agli insormontabili problemi che esse
stesse non riuscivano a superare. Allo stesso modo vennero proposte da
altri ricercatori tesi alternative di tipo catastrofistico, secondo le
quali i pianeti nacquero a partire da un urto (o quasi) tra il sole ed
un’altra stella. Ma anche questi modelli non superarono la prova del
tempo. Fatto interessante è che nel XX secolo la teoria del collasso
gravitazionale divenne praticamente quella universalmente più accreditata,
soprattutto grazie all’apporto di scienziati quali Fred Hoyle, Olaf Alfvèn, F. Von Weizsacker, Walter Cameron (e molti altri naturalmente). Il XX
secolo è stato inoltre caratterizzato dall’avvento di mezzi
tecnologicamente avanzati e veicoli spaziali.
Nonostante i progressi
straordinari e l'accresciuta conoscenza acquisita, la realtà attuale
purtroppo è caratterizzata da un certo margine di incertezza nella
comprensione dei meccanismi
che hanno portato alla formazione del sistema solare. Se volessimo “tirare
le somme” su tutte le tesi fino ad oggi proposte potremmo tranquillamente
affermare che il sistema solare non dovrebbe proprio esistere. Ad una
prima analisi, sia le teorie basate sul gradualismo (evoluzione) che quelle
basate sul catastrofismo mostrano lo stesso “colore” di fondo: il
tentativo, talvolta disperato, di cercare ogni spiraglio possibile per
conferire alla Natura stessa la capacità di agire da sé. In sostanza, stando ai molteplici paradigmi
"scientifici", si
sarebbero sempre generati in modo del tutto spontaneo e senza nessun
controllo gli eventi giusti, al momento giusto,
della giusta intensità e nella giusta misura e portata, grazie ai quali i
pianeti del nostro Sistema Solare hanno potuto dare i loro natali. Fatto
ancora più straordinario, i pianeti fino ad oggi conosciuti, lungi da
mostrare una disposizione casuale, sembrano invece muoversi in orbite
aventi un preciso ordine matematico.
Che la materia necessaria
alla nascita e sviluppo di un sistema solare possa essere diffusa nello
spazio interstellare è un postulato accettabile, così come il discorso del “collasso gravitazionale”,
il quale metterà in moto, a sua volta, altri
eventi a catena. Consideriamo ad esempio
fattori come la densità dentro e fuori una nebulosa; i possibili
meccanismi che avvieranno il moto di gas e polveri sottili fino al collasso
gravitazionale; la formazione delle proto-masse ecc….fino alla nascita di
un pianeta.
I gas e le polveri
diffusi nello spazio in effetti possono raggiungere, se presi nel
complesso, valori di massa enormi. Ma dobbiamo considerare che a tale
massa va attribuito uno spazio altrettanto enorme. La densità delle
polveri e dei gas interstellari sostanzialmente è talmente bassa che in
certe zone della galassia può arrivare a meno di un atomo per cm3; in
altre zone, quali le nebulose, può variare da 10-1000 atomi per cm3 fino
a 10^7 atomi per cm3. Confrontiamo questi dati con l’aria al livello del
mare e ci rendiamo conto della netta differenza: oltre 50x10^18 atomi per
cm3! Nelle teorie maggiormente accreditate il collasso gravitazionale
potrebbe essere innescato da vari fenomeni: esplosioni di supernova,
passaggio di nebulose tra altre nebulose, vento stellare locale ecc.
Tuttavia potrebbe essere vero anche l’esatto contrario; in pratica gli eventi sopra
menzionati non è detto che favoriranno automaticamente l'aggregazione della materia.
Anzi, potrebbero causare una ulteriore dispersione e diminuzione
della densità di gas e polveri nello Spazio. La conseguenza è palese:
minori probabilità di accrescimenti in molecole e “grumi di polveri”,
quindi meno probabilità che la catena di eventi vada avanti fino alla
nascita di stelle e pianeti.
Detto in parole povere,
avremmo forse le stesse probabilità che un sistema planetario possa
formarsi o non formarsi. Inoltre non risulta che esistano prove abbastanza
corroboranti per stabilire fino a che punto un esplosione possa unire
piuttosto che disperdere. Per quel che riguarda le nebulose, nel caso che
una passi in mezzo ad un’altra, avremmo al massimo un aumento di densità,
ma non è dimostrabile con certezza che da tali passaggi ne deriverebbero
eventi che sfoceranno in collassi gravitazionali. Motivo? Il volume di
spazio implicato è enorme e l'attrazioni gravitazionale tra
micro-particelle è irrisoria. Di conseguenza, anche sommando l'effetto
gravitazionale globale di un'intera nebulosa, avremmo una quantità di
spazio troppo grande. Cosa manca? Interazioni con materia allo stato di
plasma, interazioni elettromagnetiche o cos'altro?
Fino a questo punto
abbiamo appurato i seguenti fatti: il sistema solare esiste, la materia
interstellare esiste, le stelle esistono. Da dove e come sono scaturiti?
In virtù di una fortunata e interminabile serie di eventi concatenati a
caso? Se fosse così allora, volendo fare un esempio banale e riduttivo,
significherebbe che un giocatore, avente in mano un sacchetto con 100
dadi, tirandoli 600 volte, otterrà tutti i valori da 100 fino a 600
crescenti ordinatamente uno dietro l’altro!
L’accelerazione e il
momento angolare.
Saltiamo il già spinoso
problema della nascita di una stella fino al raggiungimento del suo
equilibrio idrostatico, ed esaminiamo il disco di gas e
polveri che, ruotando nel collasso gravitazionale, acquisisce momento
angolare. Sappiamo che se il sistema è isolato esso rimarrà
sostanzialmente invariato. Poiché
l’attrazione gravitazionale tra due corpi è fondamentalmente una linea
retta che procede nella direzione dei centri di massa, è abbastanza
evidente che il materiale spaziale dovrebbe procedere in “caduta libera”
verso il corpo responsabile della maggiore attrazione gravitazionale, in
questo caso la neonata stella. La forma del disco rotante è una
conseguenza dell’accelerazione gravitazionale che la materia stessa
subisce poiché, non giungendo tutta nella stessa direzione, tenderà a
seguire un andamento apparentemente spiraliforme: il valore del momento angolare dovendo rimanere costante avrà
come effetto l’accelerazione dei gas e polveri, fino a quando cadranno
sulla massa centrale. A proposito di "moto a spirale", ci sarebbe da
sviluppare tutto un discorso... in altra sede.
In Fisica il momento angolare è una
quantità che misura l'intensità della rotazione di un corpo su se stesso
(il suo asse). Per calcolarlo si considera la sua massa che ruota ad una
determinata velocità angolare entro il proprio campo gravitazionale. Il
momento angolare può quindi valere sia in considerazione delle rotazioni
dei pianeti che della rivoluzione degli stessi attorno alla stella
centrale. Ovviamente si prende in esame anche la stella stessa.
Da questa descrizione si
potrebbero evidenziare tre aspetti:
1. difficilmente nascerà un pianeta perché tutta la materia (gas e polveri)
sarà attratta dalla stella (attenzione: non abbiamo detto impossibile).
2. difficilmente nascerà un pianeta perché la materia viene solamente
accelerata dall’attrazione gravitazionale della stella (moto uniformemente
accelerato).
3.
affinché un
pianeta possa teoricamente formarsi occorre che una quantità di materia
riesca a contrastare l’attrazione gravitazionale stellare, entrando in uno
stato di equilibrio inerziale tra forze, ovvero un’orbita ellittica o circolare. A
questo punto la nuova concentrazione di materia diverrà, a sua volta, un
“polo” di attrazione gravitazionale per la materia ad essa vicina, dando
origine alla nascita di planetesimali, dai quali si svilupperanno
proto-masse planetarie ed infine i pianeti . Quale meccanismo o evento
permetterà alla materia in caduta verso la stella di ottenere un
accelerazione e un angolo tale da entrare in orbita?
Un’orbita ellittica è
sostanzialmente un tipo di moto armonico, o periodico, che si ripete
ciclicamente. E’ appurato il fatto che la maggior parte dei corpi celesti
orbitanti descrivono traiettorie di questo tipo. Di conseguenza non vi è
dubbio sulla natura di tali moti periodici: essi scaturiscono in virtù di
un’accelerazione che molto probabilmente non dipende solamente da quella
gravitazionale della stella. Quali altri fattori dovremmo tenere presente?
Non dimentichiamo inoltre che la situazione qui descritta presuppone un
equilibrio di forze ed energie molto precario! Per destabilizzare una
probabile “messa in orbita” di materiale facente parte di un disco rotante
sarebbe sufficiente una minima variazione di omogeneità della massa
locale, oppure una variazione nell’emissione del vento solare (che vedremo
subito dopo), un passaggio accidentale di asteroidi o altri frammenti
vaganti preesistenti….
Dovrebbe essere abbastanza
evidente che un ipotetico disco rotante non si può propriamente definire
come materia in orbita ad una stella (o altro corpo celeste),
bensì come materia in caduta libera verso la stella (o altro
corpo celeste). Tale assunto potrebbe apparire antitetico, tant'è vero che le galassie a spirale
vengono considerate da alcuni scienziati e cosmologi come agglomerati che finiranno per
"chiudersi" entro il loro stesso nucleo.
Nel nostro Sistema Solare il 98% del
momento angolare è distribuito nei pianeti, ma solo il 2% nel Sole. Per
momento angolare qui possiamo includere l'intensità della rotazione e
rivoluzione dei pianeti. Eppure la stragrande maggioranza della massa è
concentrata nel Sole, mentre i pianteti ne posseggono solo una frazione.
Sembrerebbe un vero controsenso! La domanda è: quali sono gli scenari e le
implicazioni?
-
E' possibile che il Sole abbia subito
qualche fenomeno di sottrazione del momento angolare, qualora la sua
formazione sia stata contemporanea ai pianeti.
-
Oppure è possibile che il Sole non si sia
formato contemporaneamente ai pianeti, e questo secondo scenario è più
conforme alla nostra tesi.
Crediamo di aver
elencato già tutta una serie di problematiche da non dare per scontate;
questo lo sottolineiamo perché abbiamo immaginato di essere proprio lì nel
mezzo del fenomeno, guardandolo “al microscopio”.
Il problema del vento
solare e delle altre radiazioni.
Non meno spinoso è il
problema del vento solare e dei dannosi raggi ultravioletti (e altre
radiazioni emesse dal sole) che tenderanno
a spezzare i legami molecolari e disperdere il materiale più leggero. Non possedendo un efficace mezzo di coesione,
le polveri difficilmente inizieranno a generare planetesimali in quella zona
dello spazio che oggi conosciamo come “sistema solare interno”. Tuttavia,
il vento solare potrebbe fornire un metodo per
l’aggregazione di molecole e polveri a partire da una considerevole
distanza dal sole, dove le radiazioni non eserciteranno più un effetto
distruttivo sulle molecole d’acqua e di altri elementi come il metano,
l’ammoniaca ed altri composti chimici. Come spiega il dr. John Ackerman nel suo
paradigma, saranno i pianeti giganti (quelli freddi e gassosi) a
costituire l’inizio di un sistema solare come il nostro.
Un'altra serie di
problemi da non sottovalutare: tipologia d urti e conservazione del
calore.
Osservando lo sviluppo
di un ipotetico disco rotante ci siamo resi conto di una ulteriore
barriera tecnica per l’accrescimento di proto-masse planetarie. Quando due
micro-particelle di polvere urtano tra di loro come si comporteranno
nel caso fossimo in grado di osservare l'evento? Se, per esempio, partiamo
dal presupposto che l’accrescimento avvenga per urto anelastico,
occorrerebbe tenere ben presente che, in mancanza di una qualche sostanza
che funga da “materiale di coesione”, le particelle tenderanno
probabilmente a produrre urti elastici. Questi ultimi, anziché favorire
l’accrescimento, tenderanno a creare ulteriori frammentazioni delle
neo-masse. Le forze implicate potrebbero inoltre destabilizzare la
traiettoria della materia facendola rallentare e cadere verso la stella;
si produrranno forse ulteriori frammenti piuttosto che grumi sempre più
grandi. Ma dobbiamo comprendere che, prima di tutto, devono aggregarsi i
singoli atomi, dando così origine a molecole. La realtà è tutt’altro che semplice: se un atomo collidesse
con un altro potrebbe verificarsi un urto elastico, non anelastico; in pratica
gli atomi rimbalzeranno fra loro perchè essi in condizioni normali
posseggono carica
neutra. La formazione di molecole dovrebbe avvenire allorchè un atomo si
accoda ad un altro mediante quegli elettroni che troveranno modo di
sistemarsi nel livello orbitale di elettroni dell'altro atomo, dove tale
accodamento sarà permesso. Esempio: un atomo di ossigeno ha due elettroni
nella prima orbita attorno al nucleo, ma ne ha 6 nella seconda (ne
dovrebbe avere 8). Grazie a questo fatto potrebbero legarsi, all'atomo di
ossigeno, due atomi di altri elementi (come l'idrogeno, l'azoto, il
carbonio...). In teoria è piuttosto difficile che le molecole possano
formarsi
nello spazio vuoto, freddissimo e dove manca abbastanza dinamicità, oltre
ad ulteriori ed importantissimi
fattori che troviamo invece in ambienti stellari oppure in situazioni di
elevatissime densità e alte energie. Abbiamo detto difficile, non
impossibile. Probabilmente il collasso gravitazionale potrebbe essere
innescato (in aggiunta alle cause postulate nelle teorie tradizionali)
mediante fattori forse oggi non ben conosciute, o ancora del tutto
sconosciuti. Anche perché nelle nebulose esistono molti tipi di
molecole!
Un altro ostacolo è che difficilmente potranno mai aggregarsi tra loro frammenti rocciosi che
seguono la stessa direzione e lo stesso verso. Quindi, ci sarebbe da
domandarsi se due
frammenti situati agli opposti del disco rotante si incontreranno mai...
Ma fossero posti anche solo ad un quarto o ad un ottavo del disco
rotante quando si aggregheranno? Come minimo dovrebbero muoversi in direzioni opposte.
Infine, presupponendo
che il sistema solare abbia 4,5 miliardi di anni, come mai a distanza di
tutto questo tempo la fascia degli asteroidi è rimasta tale? Possibile che
non si siano verificati quei fenomeni di accrescimento tali da portare
alla nascita di un pianeta, anche di modeste dimensioni? Supponiamo che
fossero dei “residui primordiali”, dovrebbero allora essercene
teoricamente una quantità rilevabile praticamente dappertutto. Eppure così
non è. Li troviamo sostanzialmente tra le orbite di Marte e Giove e oltre
l’orbita di Nettuno. Se poi ottenessimo prove definitive circa l’esistenza
della Nube di Oort, avremmo una tangibile evidenza del fatto che un
accrescimento (così come viene oggi accettato) si esaurirebbe il più delle
volte in piccoli oggetti più che in grossi pianeti.
Parliamo ora del
calore. Si ritiene che, all’atto del collasso gravitazionale, si innescano
ad un certo punto una serie di reazioni che tenderanno a produrre calore
nella proto-massa planetaria; essa fonderà perché ad esempio la
differenziazione tra elementi leggeri ed elementi pesanti sarà così
intensa da innescare reazioni termiche. Tuttavia dobbiamo anche qui
osservare il fenomeno “al microscopio”. Per prima cosa ricordiamoci che lo
spazio, fondamentalmente, è freddo e privo di calore. Secondariamente, il
calore specifico varia da elemento ad elemento. Terzo, un micro-granulo di
polvere avrà una capacità termica praticamente irrilevante. Da qui
possiamo facilmente dedurre che il calore di un micro-granulo, acquisito
dall’irraggiamento stellare, verrà ceduto allo spazio circostante; anche
dopo un periodo di tempo di migliaia di anni, allorché avremmo raggiunto
una massa ipotetica di 1 tonnellata e dimensioni di qualche metro,
vedremmo ancora un corpo fondamentalmente freddo, soggetto a riscaldamento
superficiale per l’irraggiamento stellare, ma rigidamente freddo nell’area
in ombra. Trascorsi decine di milioni di anni avremo un corpo
ipoteticamente grande, ma nato dal freddo. Se dunque l’accrescimento è
avvenuto nel freddo dello spazio, da materiale non in grado di conservare
il proprio calore specifico e dotato di capacità termica irrilevante, a
quanto ammonterà la capacità termica di un pianeta freddo? Ammettendo che
il suo stesso peso, generato dalla forza di gravità, provocherà un
riscaldamento del suo interno, potremo mai stabilire se sarà in grado di
generare tanto calore da fondere il materiale interno e produrre la
differenziazione chimica? Per ovviare a questo problema si suppone che
parte della materia sia costituita da elementi radioattivi. Ma quante
particelle radioattive possiamo contare sull'ammontare del tasso di
accrescimento di una proto-massa planetaria dopo 10, 100, 1000 anni?
Oppure dopo 1 milione di anni? Come farà il calore prodotto da elementi
radioattivi a conservarsi nel tempo, e soprattutto lunghissimi periodi di
tempo?
Riflettiamo ora su una
apparente contraddizione: nelle teorie oggi accettate si sostiene che i
pianeti (di tipo terrestre) si raffredderanno, la loro crosta si ispessirà
e perderanno un po’ alla volta energia interna. Eppure la forza di gravità
dovrebbe sostanzialmente rimanere invariata! Quella stessa forza di
gravità che ha prodotto il riscaldamento iniziale non sarà in grado di
mantenerlo….. Come è possibile? Quando un pianeta raggiungerà un suo
equilibrio?
Facciamo un esempio da
“cavernicoli”. Prendiamo due pezzi di legno e iniziamo a sfregarli molto
piano. Quando pensiamo di vedere questi prendere fuoco? Probabilmente mai.
E non c’è motivo di dubitare perché l’energia cinetica se deve essere
ceduta sotto forma di calore, andrà dosata con grande intensità.
Diversamente, quando strofiniamo con forza e costanza, noteremo che il
legno inizierà a bruciare. Forse lo stesso principio potremmo doverlo
applicare anche ai fenomeni di collasso gravitazionale planetario.
La nostra ipotesi.
Basilarmente la nostra
ipotesi sulla nascita dei pianeti (specialmente terrestri) ricalca alcuni
enunciati esposti dal dr. John Ackerman. In sostanza riteniamo che:
1) occorrerebbe una
formazione di materiale spaziale iperdenso;
2) la materia
di base dovrebbe essere ben localizzata e non dispersa in un volume di
spazio troppo
grande;
3) dovrebbe già
possedere una sua quantità di calore ed energia meccanica;
4) dovrebbe
possedere una quantità di moto inerziale in grado di resistere alla forza
centripeta ed entrare in orbita ellittica (o circolare) attorno alla stella;
5) il collasso
gravitazionale dovrebbe procedere in molto rapido, non permettendo una
eccessiva dispersione di energia meccanica e termica che, invece saranno
cedute alla nascente proto-massa, facendole così acquistare momento
angolare e calore;
6) tale
formazione iperdensa dovrebbe, a seconda delle circostanze, permettere la
formazione di pianeti singoli, sistemi binari geo-sincroni, binari
pianeta-pianeta, sistemi pianeta-satellite, sistemi multipli
pianeta-satelliti e sistemi di anelli planetari;
7) nel
collasso gravitazionale dovrebbero essere possibili urti di tipo misto: elastico ed anelastico che, inevitabilmente, termineranno nel confluire sulla
proto-massa, facendone aumentare la temperatura per effetto dell’energia
cinetica totale;
8) in tal caso
la proto-massa dovrebbe fondere dopo breve tempo (anche con il contributo
di elementi radioattivi), innescando il processo di
differenziazione chimica, partendo ovviamente da materiale fuso, con conseguente sviluppo di mantello e
nucleo centrale;
9) raggiunto
l’equilibrio il pianeta inizierà a raffreddarsi e sviluppare una crosta
superficiale.
Per i pianeti giganti e
gassosi dovrebbero essere possibili invece urti anelastici perché, a notevoli
distanze dal sole, le radiazioni non distruggeranno le molecole d’acqua e
di altri composti chimici, che potranno incapsulare le polveri, tanto da
permetterne la coesione e l’accrescimento di tali “capsule” o delle stesse
molecole. Tuttavia è implicito nel concetto il fatto che vi sia una
elevatissima densità della materia prima.
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