Acqua sulla Terra: potrebbe essere nata prima del Sole

Un nuovo studio ha rivelato che l’acqua sulla Terra potrebbe essersi formata miliardi di anni prima del Sole. Un team di astronomi del National Radio Astronomy Observatory ha individuato la presenza di acqua nel disco circumstellare della protostella V883 Orionis. La scoperta ha segnato un punto di svolta nelle conoscenze che la comunità scientifica possedeva fino ad ora relative all’acqua nelle comete. Cosa sappiamo finora dell’origine dell’acqua sulla Terra? E perché secondo una nuova teoria potrebbe essere nata prima del Sole?

Com’è nata l’acqua sulla Terra?

L’acqua è fondamentale per la nascita della vita. Ma qual è l’origine dell’acqua? Le teorie tradizionali più accreditate sull’origine dell’acqua sulla Terra sono due. Una prima teoria spiega l’origine dell’acqua da un processo di condensazione da nubi e gas che sarebbe avvenuto durante il raffreddamento del nostro pianeta, nelle prime fasi della sua formazione. Anche il magma dei vulcani non è altro che roccia fusa in cui è contenuta anche acqua, che durante l’eruzione vaporizza e, raggiunta l’atmosfera, condensa cadendo sulla superficie terrestre. La seconda teoria fa risalire la nascita dell’acqua alla caduta di meteoriti all’inizio della formazione della Terra, in quanto all’interno dei corpi celesti in caduta è presente ghiaccio. Ma accanto a queste teorie “tradizionali” oggi è diffusa anche l’ipotesi dell’esistenza dell’acqua sin dalla formazione del pianeta.

Quando è arrivata l’acqua sulla Terra?

L’origine dell’acqua sulla Terra è ancora un mistero e sono in corso diversi studi. Non abbiamo certezze e anche questa nuova teoria del National Radio Astronomy Observatory rimane per ora un’ipotesi. La Terra si è formata circa 4,6 miliardi di anni fa, ma era solo una massa rocciosa con condizioni inadatte per lo sviluppo della vita. Le ultime ricerche fanno risalire la comparsa dell’acqua a 3,7 o 3,9 miliardi di anni fa, molto tempo dopo la nascita della Terra. Una parte dell’acqua però potrebbe essere stata disponibile anche prima. È possibile che la Terra sin dalla sua formazione contenesse in qualche modo acqua all’interno delle rocce. Non stiamo parlando ovviamente di acqua liquida, ma di ioni idrogeno. Negli ultimi anni questa teoria è stata sostenuta ampiamente nel mondo scientifico. Diversi studi hanno confermato che le rocce che componevano la Terra primordiale contenevano idrogeno che poi si sarebbe combinato con l’ossigeno.

Origine dell’acqua: un dibattito in corso

Per molto tempo si è pensato che la Terra si fosse formata senza l’acqua, una sostanza che invece sarebbe arrivata più tardi tramite asteroidi e comete. Gli studi più recenti indicano però che i componenti dell’acqua, l’idrogeno e l’ossigeno, sarebbero stati già presenti nelle rocce della Terra primordiale. Questa seconda soluzione renderebbe anche più probabile l’esistenza di altri pianeti blu simili al nostro. Finora l’ipotesi più accreditata è stata quella dell’esistenza di meteoriti lontani dal sole chiamati condriti carboniose, che contenevano enormi quantità di ghiaccio. Con la caduta sulla Terra, questo ghiaccio sarebbe stato portato sul pianeta. Ora però le carte in tavola stanno cambiando, perché sembrerebbe, secondo le più recenti scoperte, che l’acqua sulla Terra sia più antica di quanto si è pensato finora.

La scoperta su V883 Orionis

Nella costellazione di Orione, che si trova a circa 1.300 anni luce da noi, c’è una protostella chiamata V883 Orionis che di recente ha attirato l’attenzione degli astronomi. Durante lo studio del disco circumstellare di questa stella, gli astronomi del National Radio Astronomy Observatory degli Stati Uniti hanno riscontrato la presenza di acqua in fase vapore. L’osservazione è stata condotta grazie all’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Si tratta di un radiointerferometro che si trova a 5mila metri di altitudine nel deserto di Atacama, in Cile. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature e ha rivelato qualcosa di sorprendente. L’acqua contenuta nella protostella permette infatti di identificare il percorso dell’acqua dalle nubi di gas che formano le stelle fino ai pianeti. Spiega John Tobin, un astronomo del National Radio Astronomy Observatory:

«In precedenza siamo riusciti a collegare la Terra alle comete e le protostelle al mezzo interstellare, ma non avevamo ancora trovato un legame tra le protostelle e le comete. V883 Ori ha cambiato le carte in tavola e ci ha permesso di dimostrare che le molecole d’acqua in quel sistema e nel nostro hanno un rapporto simile di deuterio e idrogeno».

Questa scoperta supporterebbe la teoria secondo cui l’acqua sarebbe più antica del sole.

Come è avvenuta la scoperta?

Quando la nube di gas e polveri collassa, forma una stella circondata da un disco. Questo disco nel corso di qualche milione di anni produce un’aggregazione della materia formando comete, asteroidi e infine pianeti. L’osservazione dell’acqua nei dischi attorno alle protostelle non è semplice perché l’acqua in questi sistemi si trova sotto forma di ghiaccio. Gli scienziati quindi devono individuare la cosiddetta frost line (o limite della neve), cioè la distanza dalla protostella all’interno di una nebulosa in cui la temperatura è tale da permettere all’acqua si presentarsi in forma solida. Solo se la frost line si trova lontano dalla stella è possibile individuare l’acqua, ed è stato questo il caso di V883 Orionis. Infatti, se il limite è troppo vicino alla stella, vuol dire che non c’è abbastanza acqua in fase vapore e quindi il disco di polvere blocca l’emissione di acqua, rendendo impossibile individuarla. Quando l’acqua è in fase ghiaccio è difficile da individuare perché è “nascosta”. Quando è in fase vapore, verso il centro del disco dove le temperature sono più alte, potrebbe essere nascosta dalla nube di polvere. Nel caso di V883 Orionis c’è stato però un colpo di fortuna. Una forte esplosione nel disco infatti ha permesso la sublimazione del ghiaccio, permettendo facilmente di individuare il vapore formato. 

Come e quando si è formata l’acqua sulla Terra?

Gli esperti hanno analizzato la composizione del disco protoplanetario scoprendo che tra uno stadio e l’altro della formazione del nostro sistema solare è rimasta sostanzialmente invariata. Questo significa, secondo gli astronomi, che l’acqua ha avuto origine prima del sole, delle comete e dei pianeti. La stessa cosa potrebbe essere successa anche per altri sistemi planetari. Tutti sappiamo che l’acqua è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Gli astronomi del National Radio Astronomy Observatory hanno però individuato un “versione” di acqua in cui uno degli atomi di idrogeno è sostituito dal deuterio. Si tratta quindi di una molecola più pesante di quella normale perché il deuterio è un isotopo che ha un neutrone in più rispetto all’idrogeno normale. Queste due “versioni” si formano in condizioni diverse. Capire in che proporzioni si trovano aiuterebbe a capire quando e dove si è formata l’acqua.

Perché l’acqua sulla Terra si è formata prima del Sole?

In alcune comete del sistema solare il rapporto tra molecole d’acqua “normale” e acqua “pesante” è simile a quello della Terra, quindi potrebbero essere state le comete a portare l’acqua sul pianeta Terra. La composizione di V883 Orionis è simile a quella delle comete del sistema solare, e ciò avvalora la tesi secondo cui l’acqua nel nostro sistema si sarebbe formata prima del Sole. Grazie all’avanzata tecnologia di ALMA, gli astronomi hanno inoltre scoperto, oltre alla composizione, la distribuzione dell’acqua in fase vapore all’interno del disco. Ciò ha portato alla conclusione che nel disco è contenuta una quantità di acqua pari a 1200 volte quella degli oceani sulla Terra. Non resta quindi che chiarire il ruolo dell’acqua nello sviluppo dei pianeti, passo che sarà fondamentale per la ricerca di altri sistemi e altri pianeti simili al nostro.

Credit immagine di copertina: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. SAXTON (NRAO/AUI/NSF)