L’ acqua sulla Terra portata dagli asteroidi, non dalle comete

Una delle ultime immagini della Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fotografata lo scorso 2 dicembre 2014. Crediti: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

Una delle ultime immagini della Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fotografata lo scorso 2 dicembre 2014. Crediti: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

La sonda Rosetta dell’Agenzia Spaziale Europea ha trovato del vapore acqueo nella Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko significativamente differente da quello sullo Terra.

Come abbiamo già visto nel precedente post, “L’acqua della cometa diversa dall’acqua della Terra”, la questione dell’origine dell’acqua sulla Terra rimane ancora una questione aperta, e di acqua sottoforma di oceani, sul nostro pianeta ce n’è davvero tanta rispetto a quella che si riesce a spiegare col bombardamento cometario avvenuto circa 3,8 miliardi di anni fa. Umberto Genovese racconta alcuni aspetti importanti legati a questa questione nel suo post “Le incerte origini dell’acqua sulla Terra”, pubblicato ieri (e disponibile anche su Il Poliedrico).

Le misurazioni dell’acqua presente sulla cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko sono state compiute nel mese di settembre 2014, mese successivo all’arrivo della sonda Rosetta (il 6 agosto la sonda Rosetta è entrata ufficialmente in orbita attorno alla cometa).
Quella della scoperta del vapore acqueo è una delle principali scoperte date in grande anteprima dai ricercatoi dell’ESA dato il grande dibattito ancora aperto sull’origine degli oceani terrestri.

Una delle ipotesi principali sulla formazione della Terra è che doveva essere estremamente calda proprio all’atto della sua formazione circa 4,6 miliardi di anni fa, così calda che tutto il contenuto di acqua è evaporato. Ma oggi i due terzi della superficie del nostro pianeta sono coperto di acqua, perciò, da dove viene?

Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, 4 novembre 2014. Crediti: ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0 - Processing: 2di7 & titanio44, CC BY-SA IGO 3.0.

Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, 4 novembre 2014. Crediti: ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0 – Processing: 2di7 & titanio44, CC BY-SA IGO 3.0.

In questo scenario, è plausibile ritenere che, dopo il raffreddamento del pianeta, l’acqua dev’essere stata il risultato di numerose collisioni di comete e asteroidi con la Terra. Ma ancora oggi non si sa quanto questi oggetti in sè abbiano contribuito alla formazione degli oceani.
La chiave fondamentale per capire da dove si sono originati i pianeti è nel rapporto tra deuterio (un idrogeno con un neutrone in più) e idrogeno.

“Certo che acqua con un rapporto D/H uguale agli oceani terrestri che ne giustifichi anche la quantità non si trova da nessun’altra parte del Sistema Solare: gli asteroidi interni hanno grossomodo il giusto rapporto ma non possono giustificarne la quantità e le comete il contrario – scrive Umberto Genovese – Senza dimenticare che su un pianeta dinamico come il nostro nel giro di 4 miliardi di anni i numerosi processi di frazionamento isotopico possibili possono aver alterato il rapporto fra deuterio e idrogeno tanto da renderlo unico in tutto il sistema.

Questo rapporto è un indicatore della formazione e dell’evoluzione primordiale del nostro Sistema Solare e che, secondo le simulazioni fatte col computer, sembra che tale rapporto cambi con la distanza dal Sole e col tempo nei primi milioni di anni del nostro Sistema Solare.

Un’importante chiave di lettera sta nel confrontare il valore per differenti tipi di oggetti con quello misurato per gli oceani terrestri, proprio per determinare come ciascun tipo di oggetto possa aver contribuito all’acqua sulla Terra. “Il rapporto D/H rimane più o meno costante negli oggetti provenienti dalla Nube di Oort, attestandosi a valori almeno doppi a quelli misurati sulla Terra e almeno venti volte superiori a quello del mezzo interstellare. Il motivo di tale arricchimento rispetto al valore di fondo è da imputarsi unicamente alle seppur lievi differenze fisico-chimiche tra l’idrogeno e i suoi isotopi (esiste anche il trizio, costituito da un protone e due neutroni ma è radioattivo e ha un’emivita di soli 12,33 anni). Queste sono responsabili di fenomeni di frazionamento isotopico che avvengono in condizioni di bassa temperatura (< 100° K.) che le arricchiscono di deuterio a scapito del mezzo interstellare” [Fonte Umberto Genovese].

Le comete sono oggetti il cui materiale è rimasto praticamente “intatto” dalla formazione del disco protoplanetario, quindi potrebbero conservare informazioni estremamente vecchie riflettendo, di conseguenza, la composizione primordiale del loro luogo di origine. In realtà, grazie alla dinamica del primitivo Sistema Solare, questo processo non è semplice. Comete di lungo periodo che provengono dalla Nube di Oort (il cui confine si presume si possa estendere fino a 100 mila Unità Astronomiche dal Sole, circa 100 mila volte la distanza della Terra dal Sole) si sono formate nella regione tra Urano e Nettuno, abbastanza lontano dal Sole da permettere la sopravvivenza del ghiaccio d’acqua. In seguito, si fa l’ipotesi, che tali comete siano state scagliate lontano dal Sistema Solare interno, ossia dalla regione dei pianeti, a causa delle interazioni gravitazionali con i pianeti giganti gassosi ma man mano che questi iniziarono ad occupare in modo stabile le loro orbite.

Al contrario, le comete delle famigllia di Giove, come la cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko che Rosetta sta studiando (insieme al lander Philae) in questi mesi, sembrano essersi formate più lontane, nella Fascia di Kuiper, oltre Nettuno. Di tanto in tanto questi oggetti vengono perturbati nella loro posizione e “spediti” verso il Sistema Solare interno, dove le loro orbite vengono modificate e controllate dall’influenza gravitazionale del pianeta Giove. La stessa cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko ora sta viaggiando intorno al Sole tra le orbite della Terra e quelle di Marte per raggiungere il suo punto di massimo avvicinamento al Sole a metà agosto 2015, mostrando un periodo di circa 6,5 anni.

Precedenti misurazioni del rapporto deuterio/idrogeno (D/H) in altre comete aveva mostrano una grande varietà di valori. Delle 11 comete studiate e di cui si hanno misure di tale rapporto, emerge che solo la cometa 103P/Hartley 2, cometa della famiglia di Giove, ha una composizione isotopica dell’acqua simile a quella dell’acqua terrestre, sulla base degli studi compiuti dalla Missione Herschel dell’ESA nel 2011. Quindi, sulla base di questa scoperta, si era avuto una sorta di “parziale conferma” che l’acqua sulla Terra potesse essere stata originata da un bombardamento cometario.. Ma oggi questa ipotesi sembra almeno parzialmente smentita.

Al contrario, i meteoriti provenienti originariamente dalla Fascia Principale degli Asteroidi hanno una buona corrispondenza con la composizione dell’acqua sulla Terra. Pertanto, nonostante il fatto che gli asteroidi abbiano un contenuto d’acqua complessivo molto inferiore, un gran numero di impatti di questi oggetti potrebbero aver formato gli oceani terrestri.
Questo è il risultato pubblicato sulla rivista Science. L’acqua fu probabilmente portata sulla Terra dagli asteroidi, sostiene Kathrin Altwegg dell’Università di Berna, principal investigator di ROSINA a bordo di Rosetta e primo autore del paper. Gli asteroidi, all’atto della formazione del Sistema Solare, dovevano essere ricoperti di ghiaccio. “Abbiamo trovato qualcosa di diverso e di più entusiasmante”, ha affermato la ricercatrice.

Infatti, è stato osservato che il rapporto D / H misurato dal Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis – ROSINA sulla cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko è più di tre volte superiore a quello degli oceani della Terra e della cometa Hartley 2, che fa parte della famiglia di Giove. Un valore più alto di tutti gli oggetti misurati finora e appartenenti alla Nube di Oort.
“Questa scoperta sorprendente potrebbe indicare una diversa origine per le comete della famiglia di Giove – forse si sono formate su una più ampia gamma di distanze nel giovane Sistema Solare di quanto si pensasse in precedenza” ha affermato Kathrin Altwegg.
” La nostra scoperta esclude anche l’ idea che le comete della famiglia di Giove contengono esclusivamente acqua simile a quella degli oceani terrestri e dà peso ai modelli che pongono maggiormente l’accento sulla asteroidi come il meccanismo di formazione principale degli gli oceani della Terra. “

Quindi, questa scoperta permette di escludere che siano state le comete della Fascia di Kuiper oltre l’orbita di Nettuno a portare l’acqua sul nostro pianeta. Se infatti anche solo poche comete come 67P/Churyumov–Gerasimenko fossero piombate sul nostro pianeta con il loro carico di ghiaccio, il deuterio avre

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Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.

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