Gli astronomi credono da tempo che i pianeti Urano e Nettuno siano ricchi di acqua ghiacciata. Tuttavia, un nuovo studio suggerisce che potrebbero contenere anche tantissimo ghiaccio di metano. I risultati potrebbero aiutare a risolvere un enigma su come si sono formati questi mondi ghiacciati. Molto di Urano e Nettuno rimane sconosciuto. Questi mondi giganti di ghiaccio hanno avuto un solo visitatore spaziale, la Voyager 2, che li ha sorvolati negli anni '80. Di conseguenza, gli scienziati hanno solo un'idea confusa della composizione di questi giganti di ghiaccio – ad esempio, che contengono quantità significative di ossigeno, carbonio e idrogeno.
Per saperne di più sulla composizione di Urano e Nettuno, gli astronomi hanno ideato modelli che corrispondono alle proprietà fisiche misurate da Voyager 2 e dai telescopi terrestri. Molti modelli presuppongono che i pianeti abbiano un sottile involucro di idrogeno ed elio; uno strato sottostante di acqua compressa superionica e ammoniaca; e un nucleo roccioso centrale. (L'acqua è ciò che dà loro l'etichetta di "giganti di ghiaccio".) Alcune stime suggeriscono che Urano e Nettuno potrebbero avere ciascuno 50.000 volte la quantità di acqua negli oceani terrestri.
Ma gli autori del nuovo studio affermano che questi modelli ignorano il modo in cui si sono formati i giganti di ghiaccio. Quando Urano e Nettuno presero forma dalla nube di polvere che circondava il giovane Sole, fagocitarono oggetti chiamati planetesimi. Il team afferma che questi planetesimi assomigliano alle comete odierne come 67P/Churyumov-Gerasimenko, che hanno origine nella fascia di Kuiper, la regione a forma di ciambella di corpi ghiacciati oltre l'orbita di Nettuno.
A differenza dei giganti di ghiaccio presumibilmente ricchi di acqua, però, una grande frazione di questi oggetti simili a planetesimi sono ricchi di carbonio. Quindi "come è possibile formare un gigante di ghiaccio da blocchi poveri di ghiaccio?", ha affermato Uri Malamud, autore principale dello studio e scienziato planetario presso il Technion – Israel Institute of Technology.
Lo studio
Per risolvere questo apparente paradosso, Malamud e i suoi coautori hanno costruito centinaia di migliaia di modelli degli interni di Urano e Nettuno. L'algoritmo che hanno utilizzato "inizia ad abbinare una composizione adatta alla superficie del pianeta, e gradualmente si fa strada più in profondità nel punto centrale del pianeta". Hanno considerato diverse sostanze chimiche, tra cui ferro, acqua e metano, il componente principale del gas naturale. Quindi, hanno cercato di determinare quale modello somigliasse di più ai reali giganti di ghiaccio in tratti come raggio e massa.
Tra i vari modelli che hanno costruito, gli astronomi hanno scoperto che quelli con metano soddisfano i loro criteri, con il metano – in pezzi solidi o, data la pressione, in uno stato pastoso – che forma uno spesso strato tra l'involucro di idrogeno-elio e lo strato d'acqua. In alcuni modelli, il metano rappresentava il 10% della massa del pianeta.
Il team ha pubblicato i risultati, che non sono ancora stati sottoposti a revisione paritaria, sul server di prestampa arXiv a marzo.
Il paradosso del ghiaccio
Questo metano è la chiave per risolvere il paradosso del ghiaccio. Il ghiaccio potrebbe essersi formato quando l'idrogeno nei pianeti in crescita ha reagito chimicamente con il carbonio nei planetesimi fagocitati dai pianeti, hanno detto i ricercatori. Tali reazioni avvengono a temperature elevate e pressioni elevatissime, milioni di volte la pressione atmosferica che sperimentiamo sulla Terra. Queste sono le condizioni esatte che gli scienziati pensano esistessero nei pianeti in via di sviluppo.
I risultati potrebbero fornire una visione più approfondita di questi pianeti poco conosciuti, anche se verificare se siano effettivamente ricchi di metano sarebbe impegnativo, ha detto Malamud. Questo sarebbe l'obiettivo di una delle numerose missioni proposte dalla NASA e da altre agenzie spaziali che mirano ad esplorare Urano.