U rolu di a gravità in a furmazione di i pianeti
A gravità hè u principale "architettu" chì dà forma à u sistema solare è à i so pianeti. Sta forza funziona in silenziu ma in modu coerente, tirandu a materia da a scala di granelli di polvere à massi giganti inseme in pianeti stabili chì orbitanu intornu à e stelle. Senza gravità, u gasu è a polvere cosmichi ùn si coalescerebbenu mai in oggetti più grandi; resterianu spargugliati à casu in u spaziu. Per capisce cumu si formanu i pianeti, ci vole à esaminà cumu funziona a gravità da e prime tappe di a nascita di un sistema planetariu finu à a so maturità.
1. Nuvole moleculari è l'iniziu di u crollu di a materia
A furmazione di i pianeti principia assai prima ch'elli sianu i pianeti - ancu prima ch'elli sianu e stelle. U spaziu interstellare cuntene nuvole moleculari, cullezzione di gas (principalmente idrogenu è eliu) è polvere microscopica. Queste nuvole sò estremamente fredde è tenui, eppuru ponu esse incredibilmente massive. À un certu puntu, una nuvola moleculare pò diventà instabile. I fattori scatenanti di l'instabilità ponu esse vari: onde d'urto da una supernova vicina, collisioni trà e nuvole, o disturbi gravitazionali causati da u passaghju di un'altra stella.
Quandu una parte di a nuvola diventa abbastanza densa, a gravità cumencia à "vince" a pressione termica chì prova à sparghje u materiale. Si verifica u colapsu gravitazionale: a materia hè attratta versu u centru, furmendu un core sempre più densu. Questa hè a fase iniziale di a furmazione di una protostella - una futura stella - chì diventerà eventualmente u centru di un sistema planetariu.
2. A gravità è a furmazione di dischi protoplanetarii
U crollu ùn si faci micca direttamente versu u centru cum'è una semplice caduta libera. E nuvole moleculari anu tipicamente una ligera rotazione. Quandu a materia si crolla, sta rotazione accelera per via di a cunservazione di u mumentu angulare (assai cum'è un pattinatore artisticu chì tira e so braccia per accelerà a so rotazione). Di cunsiguenza, a materia chì cade ùn tocca micca subitu u centru, ma si sparghje per furmà una struttura piatta è rotante: un discu protoplanetariu.
Eccu induve a gravità ghjoca dui roli. Prima, a gravità di a protostella mantene inseme u materiale in u discu è impedisce ch'ellu scappi in u spaziu interstellare. Siconda, a gravità trà e particelle in u discu aiuta u materiale à cumincià à raggruppassi. U discu protoplanetariu hè una "fabbrica" planetaria, induve u gasu è a polvera interagiscenu per milioni d'anni.
3. Da a polvera à i planetesimi: a gravità cum'è colla
In e prime fasi di u discu, e particelle di polvere si scontranu è si attaccanu inseme per via di e forze elettrostatiche è di a "viscosità" nantu à e superfici microscopiche. Tuttavia, per prugressà da i granelli di polvere à l'uggetti più grandi, a gravità piglia infine u sopravventu. Quandu i grumi sò abbastanza grandi (da metri à chilometri), a so massa li dà una attrazione gravitazionale significativa. Quessi uggetti sò chjamati planetesimi.
A gravità planetesimale agisce cum'è una colla cosmica: aumenta e probabilità chì e collisioni sianu "accrescenti" (aghjunghjendu massa) invece di rimbalzà l'una contr'à l'altra o esse distrutte. Inoltre, ci hè un effettu cruciale chjamatu focalizazione gravitazionale: l'attrazione di a gravità espande a "sezione trasversale effettiva" di un ughjettu, rendendulu più prubabile di catturà altra materia chì passa vicinu.
4. Corsa d'accrescimentu: a nascita di un embrione planetariu
Dopu à a furmazione di i planetesimi, u prucessu di crescita pò entre in una fase di crescita fuggitiva. Un ughjettu ligeramente più grande hà una gravità più forte, chì li permette di catturà più materiale è di cresce ancu di più. Piccule differenze di massa ponu diventà rapidamente dominanti. Questu dà nascita à embrioni planetari, o protopianeti, ughjetti di a dimensione di a Luna o di Marte chì cuntinueghjanu à spazzà materiale in u so percorsu.
Tuttavia, a crescita ùn cuntinueghja micca à un ritmu acceleratu. Quandu i protopianeti cumincianu à duminà e so regioni orbitali, u ritmu relativu di collisioni aumenta è u materiale dispunibule diminuisce. Sta fase passa à a crescita oligarchica: parechji grandi protopianeti (l'"oligarchi") crescenu inseme, influenzendusi gravitazionalmente l'uni à l'altri è cuntrullendu e so rispettive zone.
5. A gravità dà forma à l'architettura di l'orbita
I pianeti ùn sò micca solu una questione di massa, ma ancu di orbita. A gravità di a stella mantene i pianeti in orbita intornu à ella, mentre chì l'interazioni gravitazionali trà i protopianeti è altri pianeti determinanu se l'orbite sò stabili o caotiche.
Durante a furmazione, i protopianeti spessu sperimentanu resistenza è coppia di gasu da u discu. Questu pò causà migrazione, un cambiamentu in e so orbite versu l'internu o versu l'esternu. A migrazione si verifica per via di u scambiu di momentu angulare trà u pianeta è u discu di gasu, chì hè essenzialmente un effettu gravitazionale. Parechji sistemi esopianetici scuperti mostranu pianeti giganti assai vicini à e so stelle (Ghjove caldi), chì sò fortemente suspettati di esse furmati più luntanu è dopu migrati versu l'internu.
Oltre à a migrazione, a gravità pò ancu intrappulà i pianeti in risonanze orbitali, chì sò mudelli periodichi, cum'è 2:1 o 3:2, induve dui pianeti "bloccanu" l'influenza gravitazionale di l'altri, stabilizendu e so orbite in un rapportu specificu. Queste risonanze si vedenu in parechji sistemi lunari di Giove è in vari sistemi esopianetici.
6. A gravità è e differenze trà i pianeti rocciosi è i giganti gassosi
Perchè ci sò pianeti rocciosi chjuchi (cum'è a Terra è Marte) è giganti gassosi (cum'è Ghjove è Saturnu)? A gravità ghjoca un rolu, inseme cù a temperatura è a distribuzione di a materia in u discu.
In u discu internu, vicinu à a stella, l'alte temperature rendenu difficiule per i cumposti volatili (per esempiu, acqua, metanu, ammonia) di congelassi. Una quantità relativamente limitata di materiale rocciosu è metallicu ferma per custruisce pianeti. Di cunsiguenza, i protopianeti in questa regione ùn sò generalmente micca abbastanza massivi per attirà è mantene una atmosfera gassosa assai spessa.
Oltre à sta fruntiera si trova a "linea di neve", a fruntiera à a quale e temperature sò abbastanza basse per chì u ghjacciu si formi. U ghjacciu aghjusta una quantità significativa di massa solida dispunibile. U core di u pianeta pò cresce rapidamente, righjunghjendu una massa critica induve a so gravità pò tirà quantità massive di gasu idrogenu è eliu da u discu. Questa hè a chjave di a nascita di un gigante gassoso: a forte gravità di u core permette una rapida accrezione di gasu prima chì u gasu di u discu si esaurisca.
7. Collisioni giganti è u cumpletamentu di a furmazione di i pianeti
In l'ultime tappe, quandu u gasu di u discu s'assottiglia è a maiò parte di a massa solida hè diventata protopianeti, u sistema ùn s'hè ancu "stabilizatu". A gravità trà i protopianeti pò fà chì e so orbite s'intersecinu, pruvucendu collisioni massive. Si crede chì queste collisioni anu furmatu parechje caratteristiche impurtanti: per esempiu, l'ipotesi di l'impattu gigante spiega l'origine di a Luna, quandu un ughjettu di a dimensione di Marte (spessu chjamatu Theia) hà cullisionatu cù a ghjovana Terra, i so detriti anu furmatu un discu è infine si sò cullati in a Luna.
E collisioni massive ponu pruduce pianeti cù nuclei divergenti, rotazioni rapide, inclinazioni assiali estreme, o ancu spuglià u mantellu di u pianeta. Ancu una volta, tuttu si riduce à a gravità: a forza chì guverna a traiettoria, a velocità di a collisione è a capacità di i detriti di ricombinassi.
8. A gravità dopu a furmazione di i pianeti: pulizia è stabilità
Un pianeta "furmatu" ùn si limita micca à smette di cresce; sguassa ancu a so orbita. Cù una massa sufficiente, un pianeta si sbarazzerà di qualsiasi planetesimale restante in trè modi: scontrandosi cun elli, espellenduli da u sistema, o alterendu a so orbita in modu chì ùn passi più. Questa hè una di e ragioni per chì a definizione muderna di un pianeta mette in risaltu a capacità di "sguassà u vicinariu orbitale".
À longu andà, a stabilità di un sistema planetariu ferma determinata da a gravità. Piccule interazzione ponu accumulà si annantu à milioni o miliardi d'anni, qualchì volta cambiendu l'eccentricità è l'inclinazioni orbitali, o pruvucendu instabilità chì causanu l'espulsione di i pianeti. In parechji sistemi, in particulare quelli cù pianeti vicini, u delicatu equilibriu di a gravità determina se u sistema sopravvive o collassa.
Cunclusioni
A gravità hè a forza primaria chì trasforma a materia cosmica sparsa in pianeti strutturati. Essa provoca u crollu di e nuvole moleculari, furmendu dischi protoplanetari, permettendu à a polvera è à e rocce di coalesce in planetesimi, accelerendu l'accrescimentu in protopianeti, guvernendu a migrazione orbitale è a risonanza, è determinendu se un pianeta pò diventà un gigante gassoso o rimanere rocciosu. Ancu dopu a furmazione di i pianeti, a gravità cuntinueghja à modellà l'evoluzione di u sistema per mezu di collisioni, pulizia orbitale è dinamiche à longu andà.
In altre parolle, ogni pianeta hè u pruduttu di a gravità - una forza simplice chì, cù u tempu è interazzione cumplesse, hà creatu a vasta diversità di mondi in l'universu.
