La più accreditata
teoria sulla formazione del sistema solare è la cosiddetta “teoria nebulare”
esposta per la prima volta nel 1755 dal tedesco Immanuel Kant, quella
che di seguito espongo è la versione rivisitata e corretta col passare
del tempo, quella che trova il consenso della maggior parte degli esponenti
della comunità scientifica.
Ipotizziamo
una nube interstellare formata per il 74% di idrogeno, il 24% da elio
e per il restante 2% di elementi pesanti. Una nube con un debolissimo
capo magnetico, bassa temperatura e bassa velocità di rotazione. A causa
di una forza esterna ( per esempio l’onda d’urto provocata dall’esplosione
di una supernova ) la nebulosa inizia a contrarsi fino ad innescare il
proprio collasso gravitazionale.
Al
diminuire del raggio della nube aumenta la sua temperatura a causa dell’attrito
delle varie molecole della nube stessa, per la conservazione del momento
angolare la velocità di rotazione aumenta e di conseguenza anche il campo
magnetico si rafforza. A questo punto la forza centrifuga deforma la nebulosa
in un ellissoide con al centro il protosole che inizia un ulteriore collasso
che portera all’innesco delle reazioni nucleari che alimentano tuttoggi
il Sole. La parte del disco di materia più vicina al protosole raggiunge
la trmperatura di circa 1000/2000 °K e si impoverisce di elementi volatili,
quella più lontana di 4 AU (snow line) è più fredda di 0 °C e si arricchisce
di ghiaccio e gas volatili espulsi dalla parte interna. Inizia così la
formazione dei planetesimi, gli attuali pianeti e dei loro sistemi di
satelliti. Giove completa la sua formazione in 10^6 anni, Urano e Plutone
in 10^7 anni, Nettuno e i pianeti interni in 2×10^7 anni. Durante questo
periodo il Sole attraversa una fase di variabilità di tipo T Tauri in
cui emette un fortissimo vento che ripulisce l’intero sistema dalle polveri
residue.
La forza
centrifuga diventa rilevante solamente quando il collasso gravitazionale
è già avanzato, prima è del tutto irrilevante perchè, come già spiegato
in precedenza, il momento angolare è ancora modesto.
La forza
centrifuga aumenta con il diminuire del raggio della nebulosa fino al
punto da controbilanciare l’attrazione gravitazionale, a questo punto
le particelle non migrano più verso il protosole ma si limitano ad orbitare
attorno al centro del sistema.
Direi
che la tu descrizione è a grandi linee esatta. Permettimi solo di farti
un paio di appunti: la composizione chimica deve ricalcare quella del
sistema solare attuale, cioè 74% di idrogeno, 24% di elio e 2% di tutto
il resto.Inoltre
è inappropriato parlare di “nascita” della forza di gravità; meglio
sarebbe dire che l’addensamento di materia nel protosole genera un centro
di gravità intenso, su cui collassa la materia circostante.
Venendo
alla risposta, il tuo ragionamento per analogia col recipiente d’acqua
è viziato da un errore, che peraltro è messo in evidenza dalla tua stessa
frase: l’acqua deve venire messa in rotazione da una causa esterna (la
tua mano, per esempio) affinché si generi il vortice, in caso contrario
si “livella”. Inoltre, se non fossi in presenza del campo gravitazionale
terrestre, anziché disporsi sul fondo della bacinella, l’acqua tenderebbe
a contrarsi in una palla, sotto l’effetto della sua gravità (e della
tensione superficiale, che per piccole quantità di materia domina sugli
effetti gravitazionali). Forse puoi essere stato tratto in inganno dal
fatto che, come tu stesso dici, la nube viene messa in rotazione da
cause esterne. In realtà questa affermazione non vuol dire che qualcosa
ha impartito una brusca rotazione al sistema solare già in formazione
ma ben altro; per capire ciò facciamo un passo indietro.
Confidando
che tu abbia un minimo di confidenza con la fisica classica, immagina
di avere una nube di gas isolata, di calcolarne il baricentro e, partendo
da esso, di misurare il momento angolare di ogni singolo atomo o molecola,
associando perciò ad essi un vettore. Se il moto delle particelle fosse
del tutto casuale, per esempio governato solo dall’agitazione termica,
ci si aspetterebbe che la somma di tutti i vettori sia nulla, cioè che
il momento angolare totale della nube sia zero. Siccome
invece la nube è immersa in una galassia in rotazione, le stelle vicine
possono scambiare momento angolare con le particelle più vicine, rendendo
il momento angolare della nube non nullo. Devi immaginare questo fatto
come un’immensa nube ancora del tutto dispersa ed informe che è dotata
in media di un leggerissimo moto rotatorio.
Facciamo
ora per semplicità un salto temporale in avanti e giungiamo al momento
in cui attorno al protosole si è concentrato un disco di accrescimento
abbastanza denso. E’ evidente che una molecola che orbiti attorno alla
protostella, su un piano inclinato rispetto a quello del disco, dovrà
attraversarlo nel corso della sua orbita, perciò la componente della
velocità orbitale parallela al moto del disco si conserverà mentre l’altra
tenderà ad essere dissipata per attrito nel corso dell’attraversamento
del disco stesso. Risultato: la molecola tende a disporsi spontaneamente
sul piano del disco protoplanetario e contemporaneamente a disperdere
parte della sua energia cinetica in calore, che contribuirà ad innalzare
la temperatura del disco stesso. Il disco così aumenta ulteriormente
di densità ed inoltre, dissipando energia cinetica, la velocità diminuisce
e l’orbita si restringe, causando il collasso verso l’interno. E’ ora
evidente che questi due scenari sono intervallati da una serie di fasi
intermedie, in cui, a causa del disco protoplanetario non ancora formato,
la dissipazione di velocità ed il collasso procedono molto lentamente,
sebbene in media il processo tende comunque a convergere verso la situazione
descritta proprio perché vi è un momento angolare non nullo della nube,
e perciò una tendenza delle particelle della nube a conservare la componente
della velocità ad esse comune ed a dissipare i moti discordi.
Per inciso,
il disco alla fine si disporrà sul piano ortogonale al vettore che descrive
il momento angolate totale della nube. Puoi dunque ben capire che, con
un’evoluzione di questo genere, che dura milioni di anni, i soli effetti
che contano sono la gravità, che è attrattiva ed è pure un campo conservativo,
cioè tende a mantenere su orbite stabili le molecole della nube, e l’attrito
all’interno della nube stessa.
La tua
“forza centrifuga” è esattamente bilanciata dalla gravità (cresce man
mano che il protosole aumenta di massa), come peraltro accade in ogni
moto orbitale, e non ha altro effetto che mantenere in rotazione il
disco protoplanetario attorno alla stella in formazione; vi è poi l’attrito
che converte il moto rotatorio in calore e favorisce il collasso.