Il vento delle origini

Un nuovo sguardo sulla nascita del Sistema Solare

di Mattia Luca Mazzucchelli

Forse la nascita del Sistema Solare non è andata come la immaginavamo. Se il Sole, la Terra e gli altri pianeti sono nati tutti a partire dalla stessa nube di gas e polveri, allora anche la loro chimica dev’essere la stessa. Eppure ora si scopre che i pianeti terrestri hanno percentuali di isotopi di ossigeno e azoto diverse da quelle del Sole. Quindi se ne deduce che non si sono formati esclusivamente a partire dal materiale della nebulosa solare. L’interessante risultato è il frutto di una missione della NASA partita bene, ma che sembrava essere finita prima del tempo e disastrosamente.

La sonda Genesis al lavoro... (Cortesia: NASA)

Secondo gli scienziati gli strati esterni del Sole sono una specie di resto fossile della nebulosa solare, perciò studiarne la composizione significa dare uno sguardo al Sistema Solare nascente. Il problema è recuperarne dei campioni. In teoria la cosa migliore sarebbe mandare una sonda sul Sole a fare il lavoro, ma per via dell’altissima temperatura il risultato sarebbe solo una sonda arrosto. Per fortuna il Sole espelle parte dei suoi strati esterni sotto forma di vento solare, che può essere intercettato in sicurezza anche a una certa distanza dalla stella.

I tecnici della NASA hanno ovviamente optato per la seconda via, posizionando alla fine del 2001 la sonda Genesis nel punto di Lagrange L1 tra la Terra e il Sole. E lì è rimasta per più di due anni a farsi colpire dal vento solare. Nel 2004 Genesis è stata riportata sul nostro pianeta. Nelle intenzioni la sonda sarebbe dovuta arrivare delicatamente a Terra, prima frenata dal paracadute e poi presa al volo da un elicottero in modo da evitare ogni impatto che potesse danneggiare i fragili collettori di vento solare. Ma, per un neanche tanto piccolo difetto di progettazione dei sensori di decelerazione, il paracadute non si è aperto e la sonda, a oltre 300 chilometri orari, si è incastonata nella sabbia del deserto dello Utah. Missione ingloriosamente fallita? Quasi. Per fortuna della Lockheed Martin, che aveva realizzato la sonda, alcuni dei collettori sono sopravvissuti e il materiale contenuto non ha subito la contaminazione dell’atmosfera terrestre. Così si è potuto recuperare almeno qualcosa, e sono iniziati gli studi che si sono conclusi con due articoli pubblicati su “Science”: uno sugli isotopi dell’ossigeno e l’altro sugli isotopi dell’azoto nel vento solare.

...e dopo il non morbidissimo atterraggio. (Cortesia: NASA)

Ossigeno e azoto sono molto diffusi nell’universo, e sul nostro pianeta insieme costituiscono circa il 99 per cento dell’aria che respiriamo. Ma non tutti gli atomi di azoto o di ossigeno sono dello stesso tipo: gli atomi di uno stesso elemento possono avere diverso numero di neutroni, e allora si dice che l’elemento possiede degli isotopi. Più è alto il numero di neutroni, più pesante diventa l’atomo. L’azoto ha due isotopi stabili, l’azoto-14 e l’azoto-15, mentre l’ossigeno tre, l’ossigeno-16, l’ossigeno-17 e l’ossigeno-18.

Sulla Terra e sui pianeti di tipo terrestre l’isotopo ossigeno-16 è di gran lunga il più abbondante, ma esistono anche piccole percentuali di ossigeno-17 e ossigeno-18. Le analisi sui campioni di Genesis, effettuate dai ricercatori del Caltech, del Los Alamos National Laboratory e di altre università negli Stati Uniti, in Giappone e in Inghilterra, danno però risultati diversi per il Sole, con percentuali più alte per l’ossigeno-16 e più basse per gli altri due isotopi.

Discorso simile per l’azoto. L’azoto-14 costituisce la quasi totalità dell’azoto presente in Natura, ma esiste pure una piccola percentuale di azoto-15. E anche qui un’altra ricerca dell’Università di Nancy, del Caltech e di altre università ha riscontrato delle differenze con le percentuali presenti sul Sole: sulla Terra è presente circa il 40 per cento in più di azoto-15, mentre i giganti gassosi hanno una composizione che si avvicina molto a quella del Sole. “Rispetto all’azoto, Giove e il Sole sembrano uguali”, afferma Roger Wiens, ricercatore del Los Alamos National Laboratory, che ha partecipato a entrambi gli studi. “Questo ci dice che i componenti gassosi originari del Sistema Solare interno ed esterno erano omogenei almeno per l’azoto. Ma allora la Terra dove ha preso l’isotopo più pesante dell’azoto? Forse è arrivato qui nei materiali di cui sono costituite le comete. E forse era legato a qualche sostanza organica“.

Insomma, i due studi concordano sul fatto che i pianeti terrestri, i meteoroidi e le comete hanno una composizione anomala rispetto a quella della nebulosa da cui è nato il Sistema Solare. Ma ora bisogna capire perché. La missione organizzata per rispondere all’interrogativo sulla composizione della nebulosa solare si è conclusa con una risposta. E molte domande.

McKeegan, K., Kallio, A., Heber, V., Jarzebinski, G., Mao, P., Coath, C., Kunihiro, T., Wiens, R., Nordholt, J., Moses, R., Reisenfeld, D., Jurewicz, A., & Burnett, D. (2011). The Oxygen Isotopic Composition of the Sun Inferred from Captured Solar Wind Science, 332 (6037), 1528-1532 DOI: 10.1126/science.1204636

Marty, B., Chaussidon, M., Wiens, R., Jurewicz, A., & Burnett, D. (2011). A 15N-Poor Isotopic Composition for the Solar System As Shown by Genesis Solar Wind Samples Science, 332 (6037), 1533-1536 DOI: 10.1126/science.1204656