Zemlja in Venera sta enake velikosti, zakaj torej Venera nima magnetosfere? Morda ni bilo dovolj močno razbito

Iz več razlogov se Venera včasih imenuje » Zemljin dvojček « (ali »Sister Planet«, odvisno od tega, koga vprašate). Tako kot Zemlja je tudi zemeljska (t.j. kamnita) narave, sestavljena iz silikatnih mineralov in kovin, ki se razlikujejo med železno-nikljevim jedrom ter silikatnim plaščem in skorjo. Toda ko gre za njuno atmosfero in magnetna polja, naša dva planeta ne bi mogla biti bolj različna.

Nekaj ​​časa so se astronomi trudili odgovoriti, zakaj ima Zemlja magnetno polje (ki ji omogoča, da zadrži gosto atmosfero), Venera pa ne. Po mnenju a nova študija ki ga je izvedla mednarodna skupina znanstvenikov, je morda povezano z velikim vplivom, ki se je zgodil v preteklosti. Ker se zdi, da Venera še nikoli ni utrpela takšnega udarca, ni nikoli razvila dinamo, ki je potreben za ustvarjanje magnetnega polja.

Študija z naslovom ' Oblikovanje, stratifikacija in mešanje jeder Zemlje in Venere «, se je pred kratkim pojavilo v znanstveni revijiZemlja in znanost Planetarna pisma. Študijo je vodil Seth A. Jacobson z univerze Northwestern, v njej pa so bili člani Observatory de la Côte d’Azur, Univerza v Bayreuthu, Tokyo Institute of Technology in Carnegie Institution iz Washingtona.

Zemljine plasti, ki prikazujejo notranje in zunanje jedro, plašč in skorjo. Zasluge: discovermagazine.com

Zaradi svoje študije so Jacobson in njegovi sodelavci začeli razmišljati o tem, kako sploh nastanejo zemeljski planeti. Po najbolj sprejetih modelih nastajanja planetov zemeljski planeti ne nastanejo v eni sami fazi, temveč iz serije akrecijskih dogodkov, za katere so značilni trki s planetezimali in planetarnimi zarodki – od katerih ima večina lastna jedra.

Nedavne študije o mineralni fiziki visokega tlaka in orbitalni dinamiki so prav tako pokazale, da planetna jedra razvijejo stratificirano strukturo, ko se kopičijo. Razlog za to je povezan s tem, kako je večja številčnost lahkih elementov vključena v tekočo kovino med procesom, ki bi nato potonila in tvorila jedro planeta, ko se temperatura in tlak povečata.

Tako stratificirano jedro ne bi bilo sposobno konvekcije, kar naj bi omogočalo zemeljsko magnetno polje. Še več, takšni modeli so nezdružljivi s seizmološkimi študijami, ki kažejo, da je zemeljsko jedro sestavljeno večinoma iz železa in niklja, medtem ko približno 10 % njegove teže sestavljajo lahki elementi – kot so silicij, kisik, žveplo in drugi. Njegovo zunanje jedro je podobno homogeno in sestavljeno iz skoraj enakih elementov.

Kot je dr. Jacobson pojasnil za Universe Today po e-pošti:

»Zemeljski planeti so zrasli iz zaporedja akrecijskih (udarnih) dogodkov, zato je tudi jedro raslo na večstopenjski način. Večstopenjski tvorba jedra ustvari večplastno stabilno stratificirano strukturo gostote v jedru, ker so lahki elementi vedno bolj vključeni v poznejše dodatke jedra. Lahki elementi, kot so O, Si in S, se med tvorbo jedra vedno bolj delijo na tekočine, ki tvorijo jedro, ko so tlaki in temperature višji, zato kasnejši dogodki tvorbe jedra vključujejo več teh elementov v jedro, ker je Zemlja večja in so zato tlaki in temperature višji. .

'To vzpostavlja stabilno stratifikacijo, ki preprečuje dolgotrajen geodinamo in planetarno magnetno polje. To je naša hipoteza za Venero. V primeru Zemlje menimo, da je bil udar, ki tvori Luno, dovolj silovit, da je mehansko pomešal jedro Zemlje in omogočil dolgotrajnemu geodinamu, da ustvari današnje planetarno magnetno polje.

Za povečanje tega stanja zmede so bile izvedene paleomagnetne študije, ki kažejo, da zemeljsko magnetno polje obstaja že vsaj 4,2 milijarde let (približno 340 milijonov let po nastanku). Zato se seveda postavlja vprašanje, kaj bi lahko povzročilo trenutno stanje konvekcije in kako je do nje prišlo. Zaradi svoje študije sta Jacobson in njegova ekipa razmišljala o možnosti, da bi to povzročil ogromen vpliv. Kot je navedel Jacobson:

»Energijski udarci mehansko pomešajo jedro in tako lahko uničijo stabilno stratifikacijo. Stabilna stratifikacija preprečuje konvekcijo, ki zavira geodinamo. Odstranitev razslojenosti omogoča, da dinamo deluje.'

V bistvu bi energija tega udarca pretresla jedro in ustvarila enotno homogeno regijo, znotraj katere bi lahko deloval dolgotrajen geodinamo. Glede na starost zemeljskega magnetnega polja je to skladno s teorijo udarca Theia, kjer se domneva, da je objekt velikosti Marsa trčil v Zemljo pred 4,51 milijardami let in povzročil nastanek Sistem Zemlja-Luna .

Ta vpliv bi lahko povzročil, da je Zemljino jedro postalo homogeno in v naslednjih 300 milijonih let bi lahko zaradi tlačnih in temperaturnih razmer razlikovalo med trdnim notranjim jedrom in tekočim zunanjim jedrom. Zahvaljujoč rotaciji v zunanjem jedru je bil rezultat dinamo efekt, ki je zaščitil naše ozračje, ko je nastalo.

Umetnikov koncept trka med proto-Zemljo in Theio, za katerega se domneva, da se je zgodil pred 4,5 milijarde let. Zasluge: NASA

Semena te teorije so bila predstavljena lani na 47. konferenca o Lunarni in planetarni znanosti v mestu The Woodlands v Teksasu. Med predstavitvijo z naslovom » Dinamično mešanje planetarnih jeder z Giant Impacts «, dr. Miki Nakajima iz Caltecha – eden od soavtorjev te najnovejše študije – in David J. Stevenson z inštituta Carnegie v Washingtonu. Takrat so navedli, da je razslojenost Zemljinega jedra morda ponastavljena zaradi istega udarca, ki je oblikoval Luno.

Študija Nakajima in Stevensona je pokazala, kako bi lahko najbolj siloviti udarci pretresli jedro planetov pozno v njihovem nastajanju. Na podlagi tega so Jacobson in drugi soavtorji uporabili modele, kako sta Zemlja in Venera narasli iz diska trdnih snovi in ​​plina okoli proto-Sonca. Uporabili so tudi izračune, kako sta Zemlja in Venera rasli, na podlagi kemije plašča in jedra vsakega planeta skozi vsak dogodek akrecije.

Pomena te študije v smislu tega, kako se nanaša na evolucijo Zemlje in nastanek življenja, ni mogoče podcenjevati. Če je zemeljska magnetosfera posledica poznega energijskega vpliva, bi lahko bili takšni vplivi razlika med tem, ali je naš planet primeren za bivanje, ali je preveč hladen in suš (kot Mars) ali prevroč in peklenski (kot Venera). Kot je Jacobson zaključil:

»Planetarna magnetna polja ščitijo planete in življenje na planetu pred škodljivim kozmičnim sevanjem. Če je za planetarno magnetno polje potreben pozen, silovit in velikanski udarec, je takšen udar morda potreben za življenje.'

Če pogledamo onkraj našega Osončja, ima ta prispevek tudi posledice za preučevanje zunajsončnih planetov. Tudi tukaj se lahko razlika med tem, ali je planet bival ali ne, zmanjša na visokoenergetske vplive, ki so del zgodnje zgodovine sistema. V prihodnosti, ko bodo preučevali planete zunaj sončne energije in iskali znake bivanja, bodo znanstveniki morda prisiljeni postaviti eno preprosto vprašanje: 'Ali je bilo dovolj močno udarjeno?'

Nadaljnje branje: Znanost o Zemlji in planetarna pisma