Capitolo 12: Come sono nati il Sole e la Terra

Notte 137: Una chiamata a casa in un giorno di riposo

Il giorno 137 della missione era un giorno di riposo. Sulla stazione i giorni di riposo arrivano più o meno una volta alla settimana, e non sono del tutto liberi. Al mattino Noor fece comunque il suo allenamento, perché ossa e muscoli non si prendono un giorno libero dall’indebolirsi nell’assenza di peso. Pulì anche la sua cabina e passò il panno sulle superfici vicino alla zona cucina, dove piccole gocce di cibo e d’acqua amano nascondersi. Ma dopo pranzo il programma inviato dalla Terra era vuoto, e il pomeriggio era tutto suo.

I giorni di riposo sulla stazione hanno le loro abitudini tranquille. Tomás faceva suonare musica dal tablet nel modulo principale, non a volume alto, e canticchiava quando pensava che nessuno lo stesse ascoltando. Ade leggeva un lungo libro sullo schermo e fluttuava a testa in giù rispetto a tutti gli altri, perché diceva che lo aiutava a pensare. A nessuno dava fastidio. Nell’assenza di peso non esistono un vero sopra e un vero sotto, ma solo la direzione che l’equipaggio ha deciso di chiamare pavimento, così che etichette e interruttori siano facili da trovare.

Noor passò parte del pomeriggio alla grande finestra con una macchina fotografica. La stazione stava passando sopra un vasto oceano. Da circa 400 chilometri di altezza l’acqua era di un blu profondo e scuro, e le nuvole vi si posavano sopra in lunghe linee bianche e riccioli. Alcune nuvole erano sottili e morbide, come latte versato. Altre si alzavano in alte torri dalla cima piatta. Sul bordo del pianeta, una sottile fascia di aria azzurro pallido separava la Terra dal nero dello spazio. Noor scattò una foto dopo l’altra. Gli scienziati usano queste fotografie, ma lei le scattava anche semplicemente perché non riusciva a smettere.

Nel tardo pomeriggio ci fu una videochiamata con casa. C’era Sami, nel suo giorno libero, seduto al tavolo della cucina della madre. La madre teneva lo schermo troppo vicino al viso, come faceva sempre, e chiese se Noor mangiasse abbastanza. Sami chiese del panorama. Noor girò la telecamera verso la finestra perché potessero vedere l’oceano e le nuvole che scorrevano. Per un momento nessuno disse niente.

Poi la madre fece una domanda che sembrava semplice. «La Terra c’è sempre stata? È stata fatta nello stesso momento di tutto il resto?» Sami rise e disse che a Noor sarebbe servita una notte intera per rispondere. Aveva ragione. Dopo la chiamata, Noor rimase a lungo a fluttuare vicino alla finestra. Il pianeta sotto di lei sembrava così compiuto e così calmo. Eppure aveva avuto una nascita, e quella nascita non era stata affatto dolce.

Così la storia di stanotte parla di come sono nati il Sole e la Terra. Nella notte precedente abbiamo visto come le stelle producono gli elementi e li disperdono nello spazio. Stanotte alcuni di quegli elementi dispersi si riuniscono. Si raccolgono in una nuova stella, il nostro Sole, e nei pianeti che le girano intorno, compreso il mondo azzurro sotto la finestra di Noor.

Una nube che cadde verso l’interno

Circa 4,6 miliardi di anni fa, il luogo in cui oggi si trova il nostro sistema solare faceva parte di una grande nube di gas e polvere nella Via Lattea. A quel tempo l’universo aveva già più di nove miliardi di anni. Molte generazioni di stelle erano vissute e morte, e i loro elementi si erano mescolati nelle nubi tra le stelle. La nube che sarebbe diventata il nostro sistema solare era fatta soprattutto di idrogeno e di elio, ma conteneva anche piccole quantità di carbonio, ossigeno, silicio, ferro e molti altri elementi prodotti da stelle precedenti.

Nubi come questa possono restare tranquille a lungo. Poi qualcosa fa sì che una parte della nube cominci a cadere verso l’interno sotto la propria gravità. Che cosa abbia dato inizio al collasso nel nostro caso non si sa con certezza. Un’idea è che una stella vicina, esplodendo, abbia spinto la nube con la sua onda d’urto e ne abbia compressa una parte. Alcuni elementi trovati in rocce antiche si accordano con questa idea, ma sono possibili altre spiegazioni, e gli scienziati ne stanno ancora discutendo. Ciò che è chiaro è che una parte della nube cominciò a collassare.

Mentre il gas cadeva verso l’interno, cominciò a ruotare più velocemente. Forse hai visto una pattinatrice stringere le braccia al corpo e girare più veloce sul ghiaccio. La stessa cosa accade a una nube in rotazione mentre diventa più piccola. La nube in rotazione si appiattì anche in un disco, come si appiattisce un panetto di impasto quando un fornaio lo fa girare in aria. La maggior parte del materiale cadde al centro del disco. Lì la pressione e il calore crebbero sempre di più, finché il centro diventò abbastanza caldo perché cominciasse la fusione. Era nata una nuova stella. Quella stella era il Sole.

Il Sole prese quasi tutto il materiale. Oggi più del 99 per cento della massa dell’intero sistema solare si trova nel Sole. Tutto il resto, tutti i pianeti, le lune, gli asteroidi e le comete insieme, è solo un piccolo avanzo. Se il sistema solare fosse un’intera giornata di lavoro di un panificio, il Sole sarebbe quasi tutto il pane, e i pianeti sarebbero qualche briciola rimasta sul tavolo. Ma, come sappiamo, le briciole possono contare moltissimo, perché una di esse è la nostra casa.

Oggi gli astronomi possono vedere questo processo in corso in altri luoghi. Con grandi telescopi trovano stelle giovani circondate da dischi piatti di gas e polvere. In alcuni di questi dischi ci sono anelli scuri e spazi vuoti, che potrebbero essere i punti in cui giovani pianeti si aprono la strada mentre crescono. Guardare questi dischi è un po’ come guardare vecchie fotografie di famiglia dei figli di altre persone per capire che aspetto avevi nei tuoi primi giorni di vita. Non possiamo tornare indietro e assistere alla nostra nascita, ma possiamo osservare le nascite degli altri.

Leggere le pietre più antiche

Come sappiamo quando è nato il sistema solare? Nessuno era lì con un calendario. La risposta viene dalle pietre, e in particolare dalle pietre che cadono dal cielo. Alcuni meteoriti sono pezzi di materiale che si formarono nel disco intorno al giovane Sole e non entrarono mai a far parte di un pianeta. Sono rimasti più o meno com’erano dall’inizio del sistema solare, come lettere conservate in un cassetto per miliardi di anni.

Alcuni elementi delle rocce sono radioattivi. Questo significa che i loro atomi si trasformano lentamente in altri atomi a un ritmo costante, che non dipende dal caldo o dal freddo. Gli scienziati possono misurare quanti atomi originali sono rimasti e quanti atomi nuovi si sono formati. Da questo possono calcolare quanto tempo fa la roccia è diventata solida. È un orologio naturale, un po’ come una clessidra la cui sabbia scorre sempre alla stessa velocità, qualunque cosa accada intorno.

A metà del Novecento gli scienziati usarono orologi di questo tipo sui meteoriti e trovarono un’età di circa 4,5 miliardi di anni. Le misure successive diventarono sempre più precise. Oggi i pezzi solidi più antichi trovati nei meteoriti hanno circa 4,6 miliardi di anni. Sono il materiale solido più antico che possiamo tenere in mano. Molti musei conservano pezzi di meteoriti come questi, e alcuni permettono ai visitatori di toccarli.

Sulla Terra stessa è più difficile trovare rocce dell’inizio. La Terra giovane era calda, e la sua superficie è stata fusa, spezzata, erosa e riciclata molte volte da allora. Così le rocce più antiche della Terra sono più giovani dei meteoriti più antichi. Ma minuscoli granelli minerali, durissimi, sono sopravvissuti da un’epoca di poco successiva alla formazione della Terra, e ci dicono che la Terra aveva già una crosta solida piuttosto presto. Diversi tipi di prove, dai meteoriti, dalle rocce terrestri e dalle rocce riportate dalla Luna, indicano tutti la stessa età per il sistema solare.

Pianeti dal disco

Mentre il Sole si formava al centro, anche il resto del disco era in piena attività. Vicino al giovane Sole faceva caldo. Lì potevano diventare solidi solo i materiali capaci di resistere a un grande calore, come la roccia e il metallo. Più lontano faceva abbastanza freddo perché l’acqua e altre sostanze gelassero diventando ghiaccio. Questa differenza aiuta a spiegare perché i pianeti vicini al Sole, Mercurio, Venere, la Terra e Marte, sono piccoli e rocciosi, mentre i pianeti più lontani, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, sono molto più grandi e contengono molto gas e ghiaccio.

Nel disco, minuscoli granelli di polvere si attaccarono gli uni agli altri, un po’ come la polvere che si raccoglie sotto un letto. I grumi crebbero diventando sassolini, i sassolini rocce, e le rocce corpi larghi molti chilometri. Questi corpi si scontrarono e si unirono, più e più volte. Alla fine un piccolo numero di corpi grandi si liberò la strada e diventò i pianeti. L’intero processo di costruzione dei pianeti rocciosi durò probabilmente decine di milioni di anni, un tempo breve rispetto all’età del sistema solare.

I pianeti giganti dovevano vincere una gara. Giove e Saturno sono fatti soprattutto di gas di idrogeno e di elio, e potevano raccogliere quel gas solo finché si trovava ancora nel disco. Una parte del gas cadde nel giovane Sole, e il resto fu lentamente spazzato via dalla luce intensa del giovane Sole e dalle particelle che esso soffiava verso l’esterno. Nel giro di pochi milioni di anni, la maggior parte del gas del disco era sparita. Quindi i pianeti giganti devono essere cresciuti in fretta, costruendo prima nuclei solidi e poi attirando enormi quantità di gas prima che scomparisse. I pianeti rocciosi vicini al Sole non avevano bisogno di gas, e potevano prendersela comoda.

La Terra giovane non ebbe una vita tranquilla. Fu colpita più e più volte da corpi più piccoli, e la sua superficie era calda e spesso fusa. I metalli pesanti come il ferro sprofondarono verso il centro e formarono il nucleo della Terra. La roccia più leggera galleggiò sopra. I gas sfuggirono dalla roccia calda, e lentamente si formò un’atmosfera primitiva. Con il tempo la superficie si raffreddò, e l’acqua si raccolse nei primi oceani.

Non ogni pezzo del disco entrò a far parte di un pianeta. Molti avanzi rocciosi girano ancora intorno al Sole in un’ampia fascia tra Marte e Giove, e si chiamano asteroidi. Più lontano, oltre Nettuno, ci sono molti avanzi ghiacciati, e alcuni di essi, quando le loro orbite li portano vicino al Sole, diventano comete con lunghe code luminose. Questi avanzi sono preziosi per gli scienziati, perché sono cambiati meno dei pianeti. Sonde spaziali hanno visitato diversi asteroidi e comete, e alcune hanno perfino riportato sulla Terra piccoli campioni, così che il materiale più antico del sistema solare si possa studiare in laboratorio.

Da dove venga l’acqua della Terra è ancora oggetto di discussione. Una parte potrebbe trovarsi già nella roccia con cui la Terra si è formata. Una parte potrebbe essere stata portata più tardi da corpi ghiacciati provenienti da zone più lontane del sistema solare, come certi asteroidi o certe comete. Gli scienziati confrontano i tipi di acqua trovati nelle comete, negli asteroidi e negli oceani della Terra per capire quali sorgenti corrispondano meglio, ma la risposta completa non è ancora nota. Così, la prossima volta che bevi un bicchiere d’acqua, berrai qualcosa la cui origine esatta è ancora un piccolo mistero.

La Luna e la storia di famiglia del Sole

Anche la Luna ebbe una nascita spettacolare. L’idea oggi prevalente è che, all’inizio della vita della Terra, un altro corpo grande più o meno come Marte si sia schiantato contro la Terra giovane. Lo scontro lanciò un’enorme quantità di materiale caldo nello spazio intorno alla Terra. Una parte di quel materiale si raccolse e diventò la Luna. Questa idea spiega diversi fatti, per esempio perché la Luna ha un piccolo nucleo di ferro e perché le sue rocce sono simili per molti aspetti a quelle della Terra. Ma i dettagli sono ancora allo studio, e gli scienziati continuano a verificare altre versioni dell’idea.

La Luna giovane era molto più vicina alla Terra di oggi. Dalla sua nascita si allontana lentamente. Gli scienziati possono misurarlo con grande precisione facendo rimbalzare la luce laser su riflettori lasciati sulla superficie della Luna e cronometrando quanto tempo impiega la luce a tornare. Oggi la Luna si allontana dalla Terra di circa quattro centimetri all’anno, più o meno la velocità con cui crescono le tue unghie. Nel corso di miliardi di anni, quei piccoli passi si sono sommati in una grande distanza.

Ora possiamo rispondere alla domanda della madre di Noor. No, la Terra non è stata fatta nello stesso momento di tutto il resto. L’universo ha circa 13,8 miliardi di anni. Il Sole e la Terra hanno circa 4,6 miliardi di anni. Questo significa che l’universo esisteva già da circa due terzi della sua età attuale prima che cominciasse il nostro sistema solare. Molte stelle erano nate e scomparse prima che nascesse il Sole.

In effetti il Sole porta la prova di questo dentro di sé. Quando gli astronomi studiano lo spettro della luce del Sole, trovano non solo idrogeno ed elio ma anche piccole quantità di elementi più pesanti, come carbonio, ossigeno e ferro. Le primissime stelle non potevano contenere quegli elementi, perché i primi minuti dell’universo non ne produssero quasi nessuno. Quindi il Sole deve essersi formato da materiale che era già passato attraverso stelle precedenti. Il Sole non è un primo figlio dell’universo. È un nipote, o forse un lontano pronipote, di molte generazioni precedenti.

È una delle lezioni silenziose della storia di stanotte. La Terra non è antica nel modo in cui è antico l’universo. È arrivata tardi, costruita con ciò che le stelle precedenti avevano lasciato. Tutto ciò che si trova sotto la finestra di Noor, gli oceani, le nuvole, le rocce e gli esseri viventi, dipende da una lunga storia di stelle che lavorarono e finirono molto prima che ci fosse qualcuno a vederle.

Su questa Terra giovane e mutevole, alla fine cominciò la vita. Come e quando esattamente sia successo è ancora una delle grandi domande aperte della scienza. I segni di vita più antichi accettati in modo ampio che gli scienziati abbiano trovato hanno circa tre miliardi e mezzo di anni, e alcuni possibili segni potrebbero essere più antichi, anche se i primissimi segni sono piccoli e difficili da interpretare, e la loro età esatta è ancora discussa. Ciò che sembra chiaro è che la vita comparve sulla Terra abbastanza presto nella sua storia, una volta che ci furono oceani e una superficie più fresca. Da quei primi esseri viventi semplici, una storia lunghissima ha portato alle nubi di plancton negli oceani, alle foreste sulla terraferma e, molto più tardi, alle persone che guardano giù dalla finestra della stazione.

Dopo la chiamata

Quando la stazione entrò nell’ombra della Terra, l’oceano sottostante scomparve nel buio, e le stelle comparvero sopra la sottile linea dell’aria. Noor mise via la macchina fotografica e scrisse insieme a Sami e alla madre.

«La Terra è più giovane dell’universo», scrisse. «Ha circa 4,6 miliardi di anni, mentre l’universo ne ha circa 13,8. Il Sole e la Terra sono nati da una nube in rotazione piena di polvere di stelle più antiche. La Luna è nata probabilmente quando qualcosa di grande ha colpito la Terra giovane. Quindi, mamma, la Terra non c’è sempre stata. È arrivata tardi, ma è arrivata bene.»

Dopo aver mandato il messaggio, Noor rimase ancora un po’ vicino alla finestra. Quando la stazione uscì di nuovo dall’ombra della Terra, una sottile linea di luce arancione si allargò lungo il bordo del pianeta, e l’oceano tornò lentamente azzurro. Era un’altra alba in una giornata che ne era piena. Aveva smesso di contarle, ma non aveva smesso di guardarle. Poi andò nella sua cabina ed entrò nel sacco a pelo.

Sami rispose nel mezzo del suo turno. «La mamma dice che è proprio da te. Arrivata tardi, ma arrivata bene.» Noor rise piano nel sacco a pelo, per non svegliare Ade nella cabina accanto.

Se domani guardi il terreno sotto i tuoi piedi, andando al lavoro o tornando a casa, potresti ricordare che un tempo era polvere in un disco che girava. Ci sono voluti molto tempo e molti scontri perché diventasse un luogo solido dove le persone possono camminare, costruire e riposare. Come molte cose che vale la pena avere, non è stato fatto in fretta.

Equivoci comuni

Molti pensano che il Sole e la Terra siano antichi quanto l’universo, come se tutto fosse comparso insieme all’inizio. È facile immaginarlo così, perché il Sole e la Terra ci sembrano lo sfondo permanente della nostra vita. Ma l’universo ha circa 13,8 miliardi di anni, e il Sole e la Terra ne hanno circa 4,6. Per più di nove miliardi di anni l’universo è esistito senza il nostro sistema solare. Stelle sono nate e morte, e galassie sono cresciute, molto prima che il Sole cominciasse a brillare.

Molti pensano anche che il Sole sia una delle prime stelle. In realtà le primissime stelle erano fatte quasi soltanto di idrogeno e di elio, e la maggior parte di esse probabilmente visse una vita breve e finì molto tempo fa. Il Sole contiene elementi più pesanti che solo stelle precedenti potevano aver prodotto. Per questo gli astronomi dicono che il Sole appartiene a una generazione successiva. È un membro giovane di una famiglia antichissima.

Infine, alcuni pensano che la Terra abbia sempre avuto l’aspetto che ha oggi, con oceani azzurri, nuvole bianche e terre verdi. Ma la Terra giovane era molto diversa. Per molto tempo fu calda, spesso colpita da altri corpi e priva degli oceani e dell’aria che conosciamo. I suoi continenti si sono spostati, la sua aria è cambiata e la sua vita è cambiata molte volte. Il tranquillo mondo azzurro che Noor fotografa è il risultato di miliardi di anni di cambiamenti. Nella prossima notte guarderemo un cambiamento di altro tipo, molto più grande e ancora inspiegato: il modo in cui l’intero universo ha cominciato a crescere più in fretta.