A lungo abbiamo pensato alle orbite planetarie come a qualcosa di stabile e armonico sin dalla formazione del Sistema Solare. Le simulazioni hanno invece mostrato un sistema planetario in cui le interazioni tra i pianeti hanno profondamente alterato le orbite con cambi di posizione e migrazioni. Le variazioni di eccentricità sono tra le conseguenze maggiori a lungo termine. I geologi concordano che siano all’origine di drammatici cambiamenti climatici, come le glaciazioni oppure lunghi periodi di riscaldamento. È probabile che tali eventi siano collegabili anche all’attività geologica del nostro pianeta, quindi il clima globale può essere guidato sia da condizioni astronomiche sia geologiche.
Drammatici cambiamenti climatici
Ad esempio, una spiccata eccentricità sembra essere stata all’origine del riscaldamento globale registrato nel Paleocene, circa 56 milioni di anni fa. La presenza di inquinanti di origine vulcanica può inoltre indurre raffreddamento globale e innescare un drammatico effetto feedback a cascata. Questo sembra essere accaduto durante la glaciazione globale detta Sturtiana che trasformò la Terra in una gelida “palla di neve”, tra 716 e 661 milioni di anni fa. La fine di quel periodo freddissimo può aver creato le condizioni per la successiva esplosione cambriana, quando comparvero i primi organismi pluricellulari attestati nella documentazione fossile di 650 milioni di anni fa. Altrettanto, le glaciazioni recenti sembrano aver influito sullo sviluppo della nostra specie.
È chiaro che dobbiamo prestare maggiore attenzione agli effetti delle mutazioni climatiche globali e alle loro cause. Questi eventi possono comportarsi come propulsori evolutivi oppure causa di estinzione per la biosfera terrestre. Le variazioni climatiche globali sembrano essere strettamente collegate alla dinamica interna del Sistema Solare in modo più forte di quanto creduto. Se le minime interazioni tra i pianeti possono avere conseguenze drammatiche sulla biosfera, cosa dovremmo aspettarci quando una stella di passaggio si avvicina troppo al Sole?
Incontri troppo ravvicinati
Tali incontri stellari ravvicinati sono abbastanza frequenti. Nel nostro braccio galattico un incontro a circa 50mila Unità Astronomiche avviene ogni milione di anni, mentre sotto i 10mila ogni circa 20. Sappiamo che stelle di passaggio nella nube di Oort possono indurre la caduta di nuclei cometari nel Sistema Solare interno. Tale situazione aumenta la probabilità di collisioni potenzialmente rischiose per la biosfera, come avvenuto alla fine del Cretaceo.
Le simulazioni indicano che gli effetti di tali passaggi sono dipendenti dalla distanza e dalla densità della nube di nuclei. Sinora tuttavia non erano stati studiati nel dettaglio gli effetti di questi incontri ravvicinati sui moti e la dinamica del nostro sistema planetario.
Questione di distanza
Le simulazioni indicano che passaggi sino a circa 50mila Unità Astronomiche (AU) non comportano grossi problemi e gli effetti sono trascurabili. Quando però scendiamo a circa 10mila AU una stella di passaggio provoca effetti avvertibili pure sulle orbite dei pianeti più grandi. Una situazione del genere è certamente accaduta quando il giovane Sole era ancora nella regione di formazione stellare, risentendo dell’azione gravitazionale delle sue stelle sorelle. Ancora le simulazioni suggeriscono che all’interno delle culle stellari le stelle arrivino a perdere alcuni pianeti. Il fenomeno è stato concretamente osservato nelle vicine regioni di formazione stellare, dove sono stati scoperti centinaia di pianeti orfani della loro stella madre.
Potrà accadere in futuro
Nella nostra epoca, la grande maggioranza degli incontri è irrilevante per la dinamica dei pianeti, ma ciò non è garantito per il futuro. Infatti, tanto per stare sereni, c’è la probabilità pari a circa lo 0,5% che il passaggio di una stella nei pressi del Sole inneschi la perdita di uno o più pianeti prima dell’evoluzione a nana bianca. Tuttavia, non è necessario che gli incontri scatenino un’instabilità affinché abbiano conseguenze dinamiche per i pianeti. Ad esempio, è probabile che parte dell’eccentricità di Nettuno sia stata indotta da incontri stellari, ma molti degli effetti dinamici a lungo termine dei passaggi rimangono ignoti.
Mettendo da parte tali speculazioni, gli incontri stellari hanno comunque effetti rilevanti sull’eccentricità terrestre e quindi anche sul clima globale. Questi effetti sono stati indagati in un recente studio curato da Nathan A. Kaib (Planetary Science Institute) e Sean N. Raymond [2024 ApJL 962 L28].
Orbite caotiche
Lo studio rivela come le ricostruzioni del paleoclima e le fluttuazioni climatiche sulla Terra siano spesso correlate proprio con le variazioni dei suoi elementi orbitali. Le simulazioni, tuttavia, sono in grado di ricostruire tali variazioni non oltre i 50-100 milioni di anni (Ma), a causa del carattere caotico nell’evoluzione orbitale dei pianeti. Di conseguenza, l’evoluzione orbitale passata della Terra può essere prevista con precisione solo entro un orizzonte temporale breve poiché piccole incertezze nelle attuali orbite planetarie, a lungo termine portano a comportamenti drammaticamente divergenti.
L’orizzonte temporale fissato dal caos interno tra gli otto pianeti del Sole è di circa 70 Ma. Un ulteriore forte caos è introdotto dagli incontri tra i grandi asteroidi che accorcia l’orizzonte di altri10 Ma. Queste perturbazioni sembrano comunque essere minoritarie rispetto a quelle introdotte dai passaggi stellari ravvicinati oppure quelle secondarie indotte ai pianeti gassosi e da questi a quelli rocciosi interni.
Ruolo trascurato a lungo
Studi precedenti hanno trascurato gli effetti delle stelle che in passato si siano avvicinate al Sole. Per molti scopi è un’approssimazione accettabile, ma il nostro sistema fa tuttavia parte della Via Lattea. A lungo termine tali interazioni non sono più trascurabili e le ricostruzioni erano molto imprecise.
Il nuovo studio presenta simulazioni che includono la popolazione stellare vicina al Sole, certamente più precisa grazie ai dati in 3D prodotti dal satellite astrometrico Gaia. Lo studio rivela che le stelle di passaggio alterano l’evoluzione orbitale del nostro intero sistema planetario attraverso le loro perturbazioni gravitazionali sui pianeti giganti. Ciò riduce l’intervallo durante il quale l’evoluzione orbitale della Terra può essere conosciuta in modo definitivo di un altro 10% circa.
(Figura tratta da Nathan A. Kaib e Sean N. Raymond 2024 ApJL 962 L28)
L’incontro con HD 7977
Appurato che i passaggi stellari nelle vicinanze del Sole influenzano in modo significativo l’evoluzione orbitale dei pianeti, i due ricercatori valutano gli effetti di un incontro specifico effettivamente avvenuto. Dai dati di Gaia Data Release 3, sappiamo che la stella HD 7977 ha sperimentato il passaggio recente più ravvicinato conosciuto. Questa stella da 1,1 masse solari è transitata circa 2,8 milioni di anni fa alla velocità di 27 km/s a circa 13.200 AU. Per via dell’incertezza, tale incontro può essere stato molto più vicino, a 3900 AU, con una probabilità del 5% e una differenza d’impulso non indifferente.
La distanza maggiore è considerata più realistica e HD 7977 non ha prodotto un effetto significativo sull’evoluzione caotica a lungo termine del sistema solare. Tuttavia, questo non è certo. L’effetto del passaggio stellare più ravvicinato diventa invece molto significativo con effetti concreti.
Le simulazioni confermano
Le simulazioni che includono tale passaggio hanno permesso di affinare l’evoluzione orbitale terrestre sino a circa 50 milioni di anni fa, includendo il massimo termico del Paleocene-Eocene, forse in relazione con la maggiore eccentricità dell’orbita terrestre. Potendo lo studio dell’incontro ravvicinato con HD 7977 ammettere uno spettro molto più ampio di comportamento orbitale, è emerso che la massima eccentricità indotta della Terra avvenne 55-56 milioni di anni fa, esattamente in corrispondenza con il massimo termico del Paleocene-Eocene, come suggerivano le ipotesi. Gli autori trovano anche una migliore corrispondenza con le fluttuazioni climatiche registrate nella sedimentazione.
Sebbene siano necessarie decine milioni di anni perché gli effetti dei passaggi stellari si manifestino in modo significativo, l’evoluzione orbitale a lungo termine della Terra è legata a tali incontri più di quanto si pensasse. Pertanto, le simulazioni che puntano all’evoluzione orbitale della Terra in epoche più remote, devono considerare l’incertezza aggiuntiva derivante dal passaggio ravvicinato delle stelle per ottenere una modellazione migliore sia dell’evoluzione orbitale sia climatica.
