Scoperta dell'ossigeno molecolare nella coda delle comete: le forze ripensano a come si è formato il sistema solare

da The Conversation

— questo post è stato creato da Christian Schroeder, Università di Stirling

Gli scienziati hanno rilevato per la prima volta l'ossigeno molecolare (O2) nel coma di una cometa, la nube di gas che la circonda quando si avvicina al sole. La scoperta, che sfida la nostra comprensione di come si è formato il sistema solare, è stata fatta dall'Agenzia spaziale europea navicella spaziale Rosetta cometa orbitante 67P / Churyumov-Gerasimenko .

Le scoperte, pubblicato nella Natura, è stata una completa sorpresa per i ricercatori.

Tracciare l'origine dell'O2

L'ossigeno è uno degli elementi più abbondanti nella nostra galassia e nel sistema solare e prendiamo l'ossigeno molecolare libero che lo compone 20% della nostra atmosfera per scontato ad ogni respiro. Allora perché trovare l'ossigeno in una cometa è così importante? L'ossigeno si lega facilmente ad altri elementi abbondanti come l'idrogeno (H) o il carbonio (C) per formare acqua (H2O) o anidride carbonica (CO2).

Ci vuole un po' di energia per dividere di nuovo queste molecole nei loro componenti per produrre ossigeno libero. Gli alti livelli di ossigeno libero nella nostra atmosfera persistono solo perché sono costantemente riforniti dall'attività fotosintetica della vita vegetale sulla Terra. La nostra atmosfera è in realtà una tale stranezza che se un'atmosfera altrettanto ricca di ossigeno fosse trovata attorno a un pianeta in orbita attorno a una stella diversa dal sole, la spiegazione più probabile sarebbe in effetti la vita. Ma la vita non ha nulla a che fare con l'ossigeno su 67P. Sebbene la cometa contenga alcuni dei mattoni per la vita, non fornisce le condizioni per assemblarli.

Cometa ISON con coma. Ha anche ossigeno molecolare? NASA/Flickr, CC BY-SA

Sappiamo che acqua, monossido di carbonio e anidride carbonica sono le gas dominanti nelle chiome delle comete. Gli autori dello studio quindi escludono innanzitutto la possibilità che l'ossigeno provenga dalla navicella spaziale o sia stato prodotto da reazioni con il propellente del propulsore. Altre spiegazioni includono reazioni chimiche o interazioni con le radiazioni, ad esempio la luce UV, che potrebbe anche dividere queste molecole per produrre ossigeno libero.

Piccole quantità di ossigeno osservate su altri corpi ghiacciati, come le lune di Giove – Europa, Ganimede e Callisto – così come gli anelli di Saturno, sono prodotti dalla scissione di molecole di acqua o CO2 mediante luce UV (fotolisi) o radiazione di energia superiore (radiolisi). Tuttavia, i ricercatori hanno misurato un rilascio costante di ossigeno mentre il 67P si avvicinava al sole, suggerendo che l'ossigeno è distribuito uniformemente in tutto il nucleo ghiacciato e non è il risultato di fotolisi o radiolisi dalla formazione della cometa.

Le comete del nostro sistema solare sono costituite dal materiale rimasto dalla formazione dei pianeti. Ciò significa che dobbiamo tornare al tempo in cui il sistema solare si è formato da a nebulosa solare o disco protoplanetario per capire come ci sia arrivato. Il fatto che una cometa possa incorporare ossigeno man mano che cresce accumulando piccoli grani di ghiaccio e polvere è una cosa, ma preservarla fino ad oggi è un'altra. Il fatto che sia ancora lì rafforza l'idea che le comete siano davvero i resti più incontaminati e meno alterati della formazione del nostro sistema solare 4.5 miliardi di anni fa.

Ma se il 67P ha l'ossigeno nella coda, lo abbiamo sicuramente visto in altre misurazioni e su altre comete? Sfortunatamente, è difficile rilevare l'ossigeno dalle osservazioni delle comete usando i telescopi. Invece, gli scienziati sono ora impegnati a riesaminare i dati di un altro incontro ravvicinato con una cometa, Halley, quasi 30 anni fa.

Uno sguardo alla nascita del sistema solare

Ma al momento, non c'è motivo di presumere che l'ossigeno nel 67P sia un'osservazione una tantum. Quindi cosa ci dice la presenza di ossigeno libero sulle condizioni nella nebulosa solare o nel disco protoplanetario che si pensa abbia dato vita al nostro sistema solare?

L'ossigeno libero si osserva raramente nelle nebulose o nelle nuvole interstellari, quindi non ci aspetteremmo che fosse lì quando si formò il nostro sistema solare. Ma ci sono delle eccezioni, e una di queste potrebbe contenere la chiave per capire cosa sta succedendo. La nuvola Ofiuchi ha una temperatura leggermente superiore, 20-30 Kelvin (da -253°C a -243°C), rispetto alla temperatura media delle nubi interstellari di circa 10 Kelvin (-263°C). La quantità di ossigeno relativa all'acqua in questa nuvola "calda" è paragonabile a quella osservata nel coma di 67P. Temperature leggermente elevate consentirebbero all'ossigeno di sublimare (trasformandosi in gas senza prima trasformarsi in liquido) più facilmente invece di condensare (trasformandosi in liquido da gas) sulla superficie del ghiaccio freddo e dei grani di polvere dove reagirebbe con l'idrogeno per formare acqua.

Ciò significa che il nostro sistema solare potrebbe essersi formato da una nuvola insolitamente calda, il che solleva la domanda su cosa potrebbe aver causato questa temperatura elevata.

Gli autori dello studio esplorano anche altri modi più complessi di formazione dell'ossigeno e di incorporarlo in una cometa. L'intrappolamento del gas O2 all'interno dei grani di ghiaccio d'acqua richiederebbe rapidi eventi di riscaldamento e raffreddamento. La radiolisi dei grani ghiacciati in una nebulosa, d'altra parte, richiederebbe che questi grani siano assemblati in una cometa in modo inalterato, il che significa che non dovremmo aspettarci molto shock dalla collisione dei grani o da altre potenziali fonti di calore.

Si spera che ulteriori studi potrebbero aiutarci a capire la sequenza di eventi che si sono verificati nelle prime fasi della formazione del sistema solare. L'indagine di Rosetta sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko rimane entusiasmante perché ci fornisce una finestra sul passato fino a un tempo prima della formazione dei pianeti. Possiamo aspettarci le prossime sorprese che questa cometa ha in serbo per noi.

Christian Schroeder, Docente di Scienze Ambientali ed Esplorazione Planetaria, Università di Stirling

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.