La rapida formazione di Marte

In quanto tempo si sono formati i pianeti terrestri del nostro sistema solare? Nei sacri testi di astronomia del passato si trovava scritto 100 milioni di anni, più o meno, ma naturalmente si trattava di un valore molto incerto, basato sul quasi nulla di concreto. Recentemente, invece, diversi lavori pubblicati fra il 2007 e il 2009 hanno corroborato questa ipotesi, grazie a un cronometro basato sul decadimento di isotopi radioattivi (da lutetio ad afnio e da samario a neodimio) trovati in meteoriti di origini marziane. Tuttavia diversi lavori hanno anche chiarito che la formazione di Marte dev’essere stata più immediata, nell’ordine dei 15 milioni di anni: infatti le simulazioni dinamiche al calcolatore mostrano che la crescita dei pianeti terrestri è stata compatibile con le masse raggiunte alla fine dalla Terra e da Venere, ma non da Marte. La sua massa è infatti solo 1/9 di quella della Terra. Lo scenario attualmente accettato è che Venere e la Terra si siano formati dalla collisione fra embrioni planetari del diametro fra 1000 e 5000 km. Marte, probabilmente, costituiva uno di questi embrioni planetari che, forse per la minore densità di embrioni presenti a quella distanza dal Sole, riuscì a sfuggire alla storia di collisioni costruttive-distruttive e si fuse in seguito soltanto con uno o due embrioni più piccoli.

Sotto, tre immagini di Marte ottenute da mosaici compositati con foto delle sonde Viking 1 e Viking 2 riprese fra il 1976 e il 1980.

Addirittura,  il 26 maggio scorso, N. Dauphas e A. Pourmand delle Università di Chicago e di Miami, hanno pubblicato su Nature un articolo in cui appare che, almeno per Marte, il tempo necessario per la sua formazione deve essere ulteriormente di molto ridotto. La loro ricerca prende in considerazione il decadimento da ¹⁸²Hf (un isotopo dell’afnio) fino a ¹⁸²W (un isotopo del tungsteno), trovati nelle meteoriti di provenienza marziana. L’isotopo ¹⁸²Hf decade a ¹⁸²W con una semivita di nove milioni di anni, ed attraverso di esso è possibile quindi datare, prima che la quantità dell’isotopo diventi troppo piccola da misurare, eventi avvenuti nei primi 60 milioni di anni del sistema solare. Subito dopo la loro formazione gli elementi più pesanti, come il ferro, sono sprofondati nei nuclei dei pianeti, mentre quelli più leggeri, come i silicati, hanno costruito mantello e crosta planetari. Ora, il tungsteno, che tende a legarsi col ferro (siderofilo), rimase confinato nei nuclei, mentre l’afnio si legò assieme ai silicati nei mantelli. Pertanto, l’età dei nuclei planetari, che si pensa si siano formati appena ultimato il processo di formazione planetaria, è registrata nella composizione isotopica del tungsteno: arrivare a conoscere quest’ultima significa quindi conoscere l’età del nucleo e, in ultima analisi, quella dell’intero pianeta, ovvero quanto tempo il pianeta ha impiegato a formarsi. Tuttavia per calcolare l’età del nucleo di Marte è necessario anche conoscere il rapporto fra le abbondanze di afnio e tungsteno nelle meteoriti marziane. Queste sono rocce magmatiche che si formano in profondità e poi risalgono verso la superficie e si raffreddano. Per determinare questo rapporto i due autori si sono basati sul fatto che il rapporto fra torio e tungsteno nelle meteoriti marziane è costante e che quello fra torio e afnio per Marte non dovrebbe essere diverso da quello che si trova nel resto del sistema solare. Misurando accuratamente quest’ultimo, sono giunti a calcolare il rapporto afnio/tungsteno. Combinando questo dato con quelli derivati dal cronometro isotopico ¹⁸²Hf-¹⁸²W i due autori sono giunti a determinare un’età per il nucleo di Marte di solo 2-4 milioni di anni. Inoltre, i calcoli sull’accrescimento mostrano che il pianeta dovrebbe avere raggiunto la metà dell’attuale massa in meno di due milioni di anni, cosa che è coerente con l’origine come embrione planetario.