Din mai multe motive, Venus este uneori denumit „Earth’s Twin” (sau „Sister Planet”, în funcție de cine ceri). La fel ca Pământul, este de natură terestră (adică stâncoasă), compus din minerale și metale silicate care se diferențiază între un miez de fier-nichel și manta și crustă de silicat. Dar când vine vorba de atmosfera lor respectivă și de câmpurile magnetice, cele două planete ale noastre nu au putut fi mai diferite.
De ceva timp, astronomii s-au străduit să răspundă de ce Pământul are un câmp magnetic (ceea ce îi permite să păstreze o atmosferă groasă), iar Venus nu. Conform unui nou studiu realizat de o echipă internațională de oameni de știință, poate avea ceva de-a face cu un impact masiv care a avut loc în trecut. Întrucât Venus pare să nu fi suferit niciodată un astfel de impact, nu a dezvoltat niciodată dinamul necesar pentru a genera un câmp magnetic.
Studiul, intitulat „Formarea, stratificarea și amestecarea nucleelor Pământului și Venus”, a apărut recent în revista științifică Scrisori planetare ale Pământului și Științei. Studiul a fost condus de Seth A. Jacobson de la Northwestern University și a inclus membri de la Observatorul de la Coasta de Azur, Universitatea Bayreuth, Institutul de Tehnologie din Tokyo și Instituția Carnegie din Washington.
De dragul studiului lor, Jacobson și colegii săi au început să ia în considerare modul în care se formează planetele terestre în primul rând. Conform celor mai acceptate modele de formare a planetei, planetele terestre nu sunt formate într-o singură etapă, ci dintr-o serie de evenimente de acreție caracterizate prin coliziuni cu planetesimalii și embrionii planetari - majoritatea având nuclee proprii.
Studii recente asupra fizicii minerale de înaltă presiune și asupra dinamicii orbitale au indicat, de asemenea, că miezurile planetare dezvoltă o structură stratificată pe măsură ce se accentuează. Motivul pentru asta are legătură cu modul în care o abundență mai mare de elemente ușoare sunt încorporate cu metalul lichid în timpul procesului, care apoi s-ar scufunda pentru a forma miezul planetei pe măsură ce temperaturile și presiunea cresc.
Un astfel de nucleu stratificat ar fi incapabil de convecție, despre care se crede că este ceea ce permite câmpul magnetic al Pământului. Ba mai mult, astfel de modele sunt incompatibile cu studiile seismologice care indică faptul că nucleul Pământului este format în principal din fier și nichel, în timp ce aproximativ 10% din greutatea sa este alcătuită din elemente ușoare - cum ar fi siliciu, oxigen, sulf și altele. Nucleul exterior este la fel de omogen și este format din aceleași elemente.
După cum a explicat Dr. Jacobson pentru Space Magazine prin e-mail:
„Planetele terestre au crescut dintr-o secvență de evenimente (de impact) acreționare, astfel încât miezul a crescut și într-o manieră cu mai multe etape. Formarea miezului cu mai multe etape creează o structură stratificată de densitate stratificată în miez, deoarece elementele ușoare sunt încorporate din ce în ce mai mult în adaosurile ulterioare ale miezului. Elemente ușoare precum O, Si și S se repartizează din ce în ce mai mult în lichide care formează miezul în timpul formării miezului când presiunile și temperaturile sunt mai mari, astfel încât evenimentele ulterioare de formare a miezului încorporează mai multe dintre aceste elemente în miez, deoarece Pământul este mai mare, iar presiunile și temperaturile sunt, prin urmare, mai ridicate .
„Aceasta stabilește o stratificare stabilă care împiedică un geodinamism de lungă durată și un câmp magnetic planetar. Aceasta este ipoteza noastră pentru Venus. În cazul Pământului, credem că impactul formării Lunii a fost suficient de violent pentru a amesteca mecanic miezul Pământului și a permite unui geodinam de lungă durată să genereze câmpul magnetic planetar de azi. "
Pentru a adăuga această stare de confuzie, s-au efectuat studii paleomagnetice care indică faptul că câmpul magnetic al Pământului a existat cel puțin 4,2 miliarde de ani (aproximativ 340 de milioane de ani de la formarea sa). Ca atare, apare în mod firesc întrebarea cu privire la ce ar putea să dea seama de starea actuală de convecție și cum a apărut. De dragul studiului lor, Jacobson și echipa sa au avut în vedere posibilitatea ca un impact masiv să poată da seama de acest lucru. După cum a indicat Jacobson:
„Impacturile energetice amestecă mecanic miezul și astfel pot distruge stratificarea stabilă. Stratificarea stabilă previne convecția care inhibă un geodinam. Înlăturarea stratificării permite funcționarea dinamovistului. "
Practic, energia acestui impact ar fi zguduit nucleul, creând o singură regiune omogenă în care ar putea funcționa un geodinam de lungă durată. Având în vedere vârsta câmpului magnetic al Pământului, aceasta este în concordanță cu teoria impactului Theia, unde se crede că un obiect de dimensiunea Marte a intrat în coliziune cu Pământul acum 4.51 miliarde de ani și a dus la formarea sistemului Pământ-Lună.
Acest impact ar fi putut determina ca nucleul Pământului să treacă de la a fi stratificat la omogen și, în cursul următorilor 300 de milioane de ani, condițiile de presiune și temperatură ar fi putut determina diferențierea dintre un miez interior solid și miezul exterior lichid. Datorită rotației în miezul exterior, rezultatul a fost un efect dinam care ne-a protejat atmosfera pe măsură ce s-a format.
Semințele acestei teorii au fost prezentate anul trecut la cea de-a 47-a Conferință de științe lunare și planetare din The Woodlands, Texas. În cadrul unei prezentări intitulate „Amestecul dinamic al coreselor planetare de Giant Impacts”, dr. Miki Nakajima din Caltech - unul dintre coautorii acestui ultim studiu - și David J. Stevenson, de la Instituția Carnegie din Washington. La acea vreme, aceștia au indicat că stratificarea nucleului Pământului ar fi putut fi resetată de același impact care a format Luna.
Studiul lui Nakajima și Stevenson a arătat cum cele mai violente impacturi ar putea agita miezul planetelor cu întârziere în acreția lor. Bazându-se pe asta, Jacobson și ceilalți coautori au aplicat modele ale modului în care Pământul și Venus se accelerau de pe un disc de solide și gaze în jurul unui proto-Soare. De asemenea, au aplicat calcule ale creșterii Pământului și a lui Venus, bazate pe chimia mantalei și a miezului fiecărei planete prin fiecare eveniment de acreție.
Importanța acestui studiu, în ceea ce privește modul în care se raportează la evoluția Pământului și la apariția vieții, nu poate fi subestimată. Dacă magnetosfera Pământului este rezultatul unui impact energetic târziu, atunci aceste impacturi ar putea foarte bine să fie diferența dintre planeta noastră să fie locuibilă sau să fie fie prea rece și aridă (cum ar fi Marte), fie prea fierbinte și iad (precum Venus). După cum a concluzionat Jacobson:
„Câmpurile magnetice planetare protejează planetele și viața de pe planetă de radiațiile cosmice dăunătoare. Dacă un impact întârziat, violent și gigant este necesar pentru un câmp magnetic planetar, un astfel de impact poate fi necesar pentru viață. "
Privind dincolo de sistemul nostru solar, această lucrare are, de asemenea, implicații în studiul planetelor extra-solare. Și aici, diferența dintre o planetă care este locuibilă sau nu se poate reduce la impactul cu energie mare care face parte din istoria timpurie a sistemului. În viitor, atunci când studiază planetele extra-solare și caută semne de locuință, oamenii de știință pot fi foarte bine obligați să pună o singură întrebare: „A fost suficient de greu?”
