Urano e Nettuno forse non sono davvero giganti di ghiaccio: cosa dicono i nuovi modelli che ne sfidano la classificazione

Nuove simulazioni ibride mettono in discussione la tradizionale classificazione di Urano e Nettuno come “giganti di ghiaccio”.

Potrebbero contenere quantità molto maggiori di roccia rispetto a quanto finora ipotizzato, rivoluzionando l’interpretazione delle loro strutture interne e dei campi magnetici anomali.

Una revisione radicale dell’interpretazione planetaria

Per decenni, Urano e Nettuno sono stati etichettati come giganti di ghiaccio, un termine che li distingue dai giganti gassosi come Giove e Saturno e dai pianeti rocciosi interni del Sistema Solare. Questa classificazione si è fondata sull’ipotesi che i due pianeti esterni fossero dominati da strati interni ricchi d’acqua, metano e ammoniaca in forma solida o supercritica. Tuttavia, una nuova ricerca guidata dall’Università di Zurigo propone una visione alternativa: le strutture interne di Urano e Nettuno potrebbero essere altrettanto ben spiegate da una prevalenza di materiale roccioso.

L’approccio sviluppato dal gruppo svizzero non punta a sostituire un modello con un altro, ma piuttosto a espandere lo spettro delle possibilità compatibili con i dati attualmente disponibili. I risultati non solo modificano la nostra comprensione della composizione dei giganti esterni, ma offrono nuove chiavi interpretative per fenomeni ancora irrisolti, come i loro complessi campi magnetici multipolari.

Un nuovo metodo ibrido per modellare l’interno dei pianeti

Il limite degli approcci precedenti è stato spesso il ricorso a modelli estremamente semplificati o, al contrario, troppo dipendenti da ipotesi iniziali non verificabili. Per superare questa impasse, il team dell’Università di Zurigo ha elaborato un modello ibrido che combina la coerenza fisica dei modelli teorici con l’adattabilità dei modelli empirici.

Il processo si articola in diverse fasi iterative:

• generazione casuale di profili di densità per l’interno planetario;
• calcolo del campo gravitazionale risultante e confronto con i dati osservativi disponibili (momenti gravitazionali, massa, raggio);
• validazione del profilo solo se compatibile sia con vincoli fisici noti che con le osservazioni;
• ripetizione del ciclo per ottenere un insieme di modelli “agnostici” e fisicamente coerenti.

Questa metodologia consente di evitare pregiudizi strutturali e di esplorare configurazioni che vanno oltre le tradizionali suddivisioni fra ghiaccio, roccia e gas.

Urano e Nettuno: giganti di roccia mascherati?

I risultati ottenuti suggeriscono che, a parità di compatibilità con i dati disponibili, Urano e Nettuno potrebbero presentare una struttura interna dominata da materiali rocciosi in luogo del ghiaccio d’acqua, che fino ad oggi veniva considerato il componente principale. Ciò non significa che siano certamente pianeti rocciosi, ma che i modelli che li descrivono in questo modo sono altrettanto plausibili.

Secondo Ravit Helled, docente all’Università di Zurigo e coordinatrice del progetto, questa ipotesi era già stata suggerita da oltre un decennio, ma solo ora gli strumenti di simulazione numerica hanno raggiunto la maturità necessaria per supportarla in modo robusto. Il lavoro mette così in discussione la necessità di una componente ghiacciata predominante e introduce uno spettro continuo tra pianeti rocciosi e giganti ghiacciati.

Un precedente importante: il caso di Plutone

Un’ulteriore evidenza a favore di questa visione viene dal caso di Plutone, che pur essendo stato storicamente considerato un oggetto ghiacciato, ha rivelato una struttura interna dominata dalla roccia, come confermato dai dati della missione New Horizons. Questo rafforza l’idea che le componenti rocciose possano essere molto più abbondanti anche in corpi del Sistema Solare esterno.

Spiegare i campi magnetici multipolari di Urano e Nettuno

Uno degli aspetti più enigmatici dei due giganti esterni è il loro campo magnetico anomalo, che non presenta i classici poli nord e sud come sulla Terra, ma una struttura fortemente asimmetrica e multipolare. Le nuove simulazioni introducono una spiegazione coerente basata sulla presenza di strati di acqua ionica, in grado di generare dinamo magnetiche in regioni interne differenti rispetto ai modelli convenzionali.

Nel dettaglio:

• Urano presenta un campo magnetico originato a profondità maggiori rispetto a Nettuno, suggerendo una diversa distribuzione dei materiali conduttivi;
• la disposizione non assiale delle dinamo è compatibile con un’architettura interna stratificata e disomogenea, composta da alternanze di roccia, acqua superionica e idrogeno metallico.

Questa interpretazione è supportata anche da modelli sperimentali su fluidi conduttivi in condizioni estreme, ma la piena conferma richiederà dati diretti da missioni spaziali future.

Materiali sotto pressione estrema: i limiti della scienza attuale

Un punto critico emerso dallo studio riguarda la scarsa conoscenza del comportamento dei materiali in condizioni estreme di pressione e temperatura, come quelle presenti nei nuclei planetari. In particolare:

• la fase superionica dell’acqua, responsabile di condurre elettricità in profondità, è stata osservata solo recentemente in laboratorio e resta parzialmente caratterizzata;
• le proprietà delle rocce silicatiche e metalliche oltre i 500 GPa non sono ancora modellate con sufficiente accuratezza;
• l’interazione tra componenti miscibili (come idrogeno e metano) in ambienti ad altissima densità resta un ambito di frontiera nella fisica planetaria.

Queste incertezze impongono cautela nella lettura dei risultati, ma al contempo evidenziano le lacune critiche nelle attuali capacità predittive, rafforzando la necessità di nuove missioni dedicate.

La necessità di missioni spaziali verso Urano e Nettuno

Attualmente, le informazioni su Urano e Nettuno derivano in gran parte dai dati della missione Voyager 2, che li sorvolò rapidamente negli anni ’80. Nessuna sonda ha mai orbitato attorno a questi pianeti, e l’assenza di dati ad alta risoluzione limita enormemente le possibilità di confermare o smentire i modelli teorici.

Sono quindi fondamentali:

• nuove missioni orbitali capaci di misurare con precisione campi gravitazionali e magnetici multipolari;
• strumentazioni in grado di eseguire sondaggi a microonde per ricostruire la struttura interna strato per strato;
• sonde atmosferiche in grado di penetrare la profonda atmosfera blu e raccogliere dati sulle composizioni chimiche e sulle variazioni di temperatura in profondità.

La NASA ha già espresso interesse per una missione verso Urano entro la metà degli anni 2030, mentre l’<strong’ESA ha inserito la scienza dei giganti ghiacciati tra le priorità a lungo termine del programma Cosmic Vision.

Implicazioni per l’esoplanetologia

La revisione del modello interno di Urano e Nettuno non riguarda solo il nostro Sistema Solare. Molti degli esopianeti scoperti negli ultimi anni rientrano nella categoria delle super-Terre o mini-Neptuni, con dimensioni e masse simili a quelle dei giganti ghiacciati.

Se Urano e Nettuno non sono dominati dal ghiaccio, ma da rocce e strati misti, allora anche la classificazione degli esopianeti dovrà essere riconsiderata, modificando le curve di massa-raggio usate per inferire la composizione planetaria e rivedendo l’approccio ai modelli atmosferici.

Una nuova geologia dei pianeti giganti

La ricerca dell’Università di Zurigo segna un importante punto di svolta nella comprensione dei pianeti esterni. La possibilità che Urano e Nettuno siano rocciosi e non ghiacciati apre a scenari più complessi, realistici e coerenti con la fisica dei materiali estremi. I campi magnetici anomali, la distribuzione interna della massa, l’evoluzione termica: tutto può essere reinterpretato alla luce di una maggiore presenza di rocce e minerali ad alta densità.

In assenza di nuove missioni, il margine d’incertezza resterà elevato, ma la direzione è chiara: per comprendere davvero questi giganti blu, sarà necessario andare a vedere di persona. Solo un’esplorazione diretta potrà finalmente svelare ciò che si cela sotto il loro aspetto gelido e affascinante.