Zemlja i Venera su iste veličine, pa zašto Venera nema magnetosferu? Možda se nije dovoljno razbilo
Iz mnogo razloga, Venera se ponekad naziva ' Zemljin blizanac ” (ili “Sister Planet”, ovisno o tome koga pitate). Kao i Zemlja, ona je kopnene (tj. stjenovite) prirode, sastavljena od silikatnih minerala i metala koji se razlikuju između jezgre željeza i nikla i silikatnog plašta i kore. Ali kada su u pitanju njihove atmosfere i magnetska polja, naša dva planeta ne mogu biti različitija.
Već neko vrijeme astronomi su se trudili odgovoriti zašto Zemlja ima magnetsko polje (koje joj omogućuje da zadrži gustu atmosferu), a Venera nema. Prema a nova studija provedeno od strane međunarodnog tima znanstvenika, možda ima veze s ogromnim utjecajem koji se dogodio u prošlosti. Budući da se čini da Venera nikada nije pretrpjela takav udar, nikada nije razvila dinamo potreban za stvaranje magnetskog polja.
Studija pod nazivom “ Formiranje, stratifikacija i miješanje jezgri Zemlje i Venere “, nedavno se pojavio u znanstvenom časopisuZemlja i znanost Planetarna slova. Studiju je vodio Seth A. Jacobson sa Sveučilišta Northwestern, a uključivala je članove Observatory de la Côte d’Azur, Sveučilišta Bayreuth, Tokyo Institute of Technology i Carnegie Institution of Washington.
Zemljini slojevi, koji prikazuju unutarnju i vanjsku jezgru, plašt i koru. Zasluge: discovermagazine.com
Zbog svog proučavanja, Jacobson i njegovi kolege počeli su razmatrati kako uopće nastaju zemaljski planeti. Prema najšire prihvaćenim modelima formiranja planeta, zemaljski planeti ne nastaju u jednoj fazi, već iz niza događaja akrecije obilježenih sudarima s planetezimalima i planetarnim embrijima – od kojih većina ima vlastitu jezgru.
Nedavne studije o mineralnoj fizici visokog tlaka i orbitalnoj dinamici također su pokazale da planetarne jezgre razvijaju stratificiranu strukturu kako se akreiraju. Razlog za to je u tome kako je veća količina svjetlosnih elemenata uključena u tekući metal tijekom procesa, koji bi potom potonuo i formirao jezgru planeta kako se temperatura i tlak povećavaju.
Takva slojevita jezgra ne bi bila sposobna za konvekciju, za koju se vjeruje da je ono što omogućuje Zemljino magnetsko polje. Štoviše, takvi modeli nisu kompatibilni sa seizmološkim studijama koje pokazuju da se Zemljina jezgra sastoji uglavnom od željeza i nikla, dok otprilike 10% njezine težine čine laki elementi – poput silicija, kisika, sumpora i drugih. Njegova vanjska jezgra je na sličan način homogena i sastavljena od gotovo istih elemenata.
Kao što je dr. Jacobson objasnio za Universe Today putem e-pošte:
“Zemaljski planeti nastali su iz slijeda akrecijskih (udarnih) događaja, tako da je jezgra također rasla na višestupanjski način. Višestupanjsko formiranje jezgre stvara slojevitu stabilno slojevitu strukturu gustoće u jezgri jer se svjetlosni elementi sve više ugrađuju u kasnijim dodacima jezgre. Lagani elementi poput O, Si i S sve se više dijele na tekućine koje tvore jezgru tijekom formiranja jezgre kada su pritisci i temperature viši, tako da kasniji događaji formiranja jezgre uključuju više ovih elemenata u jezgru jer je Zemlja veća, a pritisci i temperature su stoga viši .
“Ovo uspostavlja stabilnu stratifikaciju koja sprječava dugotrajni geodinamo i planetarno magnetsko polje. Ovo je naša hipoteza za Veneru. U slučaju Zemlje, mislimo da je utjecaj koji je formirao Mjesec bio dovoljno nasilan da mehanički pomiješa jezgru Zemlje i omogući dugotrajnom geodinamu da stvori današnje planetarno magnetsko polje.'
Da bi se ovo stanje zbrke povećalo, provedena su paleomagnetska istraživanja koja pokazuju da Zemljino magnetsko polje postoji najmanje 4,2 milijarde godina (otprilike 340 milijuna godina nakon što je nastalo). Kao takvo, prirodno se postavlja pitanje što bi moglo objasniti trenutno stanje konvekcije i kako je do nje došlo. Radi svoje studije, Jacobson i njegov tim razmatraju mogućnost da bi to mogao objasniti ogroman utjecaj. Kao što je Jacobson naveo:
“Energijski utjecaji mehanički miješaju jezgru i tako mogu uništiti stabilnu stratifikaciju. Stabilna stratifikacija sprječava konvekciju koja inhibira geodinamo. Uklanjanje slojevitosti omogućuje dinamu da radi.”
U osnovi, energija ovog udara bi uzdrmala jezgru, stvarajući jedinstvenu homogenu regiju unutar koje bi dugotrajni geodinamo mogao djelovati. S obzirom na starost Zemljinog magnetskog polja, to je u skladu s teorijom udara Theia, gdje se vjeruje da se objekt veličine Marsa sudario sa Zemljom prije 4,51 milijarde godina i doveo do formiranja Sustav Zemlja-Mjesec .
Ovaj je utjecaj mogao uzrokovati da Zemljina jezgra od slojevitosti postane homogena, a tijekom sljedećih 300 milijuna godina, uvjeti tlaka i temperature mogli su uzrokovati razliku između čvrste unutarnje jezgre i tekuće vanjske jezgre. Zahvaljujući rotaciji u vanjskoj jezgri, rezultat je bio dinamo efekt koji je štitio našu atmosferu dok se formirala.
Umjetnikov koncept sudara između proto-Zemlje i Theije, za koji se vjeruje da se dogodio prije 4,5 milijardi godina. Zasluge: NASA
Sjeme ove teorije predstavljeno je prošle godine na 47. konferencija o lunarnoj i planetarnoj znanosti u The Woodlandsu u Teksasu. Tijekom prezentacije pod nazivom “ Dinamičko miješanje planetarnih jezgri divovskim udarima “, dr. Miki Nakajima s Caltecha – jedan od koautora ove najnovije studije – i David J. Stevenson s Carnegie instituta u Washingtonu. U to su vrijeme naznačili da je slojevitost Zemljine jezgre možda resetirana istim udarom koji je formirao Mjesec.
Studija Nakajime i Stevensona pokazala je kako bi najnasilniji udari mogli potaknuti jezgru planeta u kasnoj fazi njihove akrecije. Nadovezujući se na to, Jacobson i drugi koautori primijenili su modele kako su se Zemlja i Venera nakupile iz diska čvrstih tijela i plina oko proto-Sunca. Također su primijenili izračune o tome kako su Zemlja i Venera rasle, na temelju kemije plašta i jezgre svakog planeta kroz svaki događaj akrecije.
Značaj ove studije, u smislu kako se ona odnosi na evoluciju Zemlje i nastanak života, ne može se podcijeniti. Ako je Zemljina magnetosfera rezultat kasnog energetskog udara, onda bi takvi udari mogli biti razlika između toga što je naš planet pogodan za stanovanje ili je previše hladan i suh (poput Marsa) ili previše vruć i paklen (kao Venera). Kako je Jacobson zaključio:
“Planetarna magnetska polja štite planete i život na planetu od štetnog kozmičkog zračenja. Ako je za planetarno magnetsko polje nužan kasni, nasilni i divovski udar, onda bi takav udar mogao biti neophodan za život.”
Gledajući izvan našeg Sunčevog sustava, ovaj rad također ima implikacije u proučavanju ekstrasolarnih planeta. I ovdje se razlika između toga da li je planet pogodan za stanovanje ili ne može se svesti na visokoenergetske utjecaje koji su dio rane povijesti sustava. U budućnosti, kada proučavaju ekstrasolarne planete i traže znakove nastanjivosti, znanstvenici bi mogli biti prisiljeni postaviti jedno jednostavno pitanje: 'Je li ga pogodilo dovoljno jako?'
Daljnje čitanje: Znanost o Zemlji i planetarna pisma