Z wielu powodów Wenus jest czasami określana jako „Ziemski Bliźniak” (lub „Siostra Planeta”, w zależności od tego, kogo zapytasz). Podobnie jak Ziemia, ma charakter ziemski (tj. Skalisty), składa się z minerałów krzemianowych i metali, które różnią się między rdzeniem żelazno-niklowym a płaszczem i skorupą krzemianową. Ale jeśli chodzi o ich atmosferę i pola magnetyczne, nasze dwie planety nie mogą się bardziej różnić.
Od pewnego czasu astronomowie próbują odpowiedzieć na pytanie, dlaczego Ziemia ma pole magnetyczne (co pozwala mu zachować gęstą atmosferę), a Wenus nie. Według nowego badania przeprowadzonego przez międzynarodowy zespół naukowców może to mieć coś wspólnego z ogromnym wpływem, jaki miał miejsce w przeszłości. Ponieważ wydaje się, że Wenus nigdy nie doznała takiego uderzenia, nigdy nie rozwinęła dynamo potrzebnego do wytworzenia pola magnetycznego.
Badanie zatytułowane „Tworzenie, rozwarstwienie i mieszanie rdzeni Ziemi i Wenus” pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowym Listy planetarne Ziemi i Nauki. Badanie było prowadzone przez Setha A. Jacobsona z Northwestern University i obejmowało członków z Observatory de la Côte d’Azur, University of Bayreuth, Tokyo Institute of Technology oraz Carnegie Institution of Washington.
Ze względu na swoje badania Jacobson i jego koledzy zaczęli zastanawiać się, jak powstają planety lądowe. Zgodnie z najbardziej powszechnie akceptowanymi modelami formowania się planet, planety lądowe nie powstają w jednym etapie, lecz z szeregu zdarzeń akrecyjnych charakteryzujących się zderzeniami z planetozymalami i zarodkami planetarnymi - z których większość ma własne rdzenie.
Ostatnie badania fizyki minerałów wysokociśnieniowych i dynamiki orbity wykazały również, że rdzenie planetarne rozwijają strukturę warstwową w miarę ich akumulacji. Powodem tego jest to, w jaki sposób większa ilość lekkich pierwiastków jest włączana do ciekłego metalu podczas procesu, który następnie tonie, tworząc rdzeń planety wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia.
Taki rozwarstwiony rdzeń byłby niezdolny do konwekcji, która, jak się uważa, pozwala na ziemskie pole magnetyczne. Co więcej, takie modele są niezgodne z badaniami sejsmologicznymi, które wskazują, że jądro Ziemi składa się głównie z żelaza i niklu, podczas gdy około 10% jego masy składa się z lekkich pierwiastków - takich jak krzem, tlen, siarka i inne. Jego zewnętrzny rdzeń jest podobnie jednorodny i składa się z prawie tych samych elementów.
Jak dr Jacobson wyjaśnił Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„Planety naziemne wyrosły z sekwencji wydarzeń akrecyjnych (uderzeniowych), więc rdzeń urósł również w sposób wieloetapowy. Wielostopniowe formowanie rdzenia tworzy warstwową, stabilnie warstwową strukturę gęstości w rdzeniu, ponieważ elementy lekkie są coraz częściej włączane do późniejszych dodatków rdzenia. Lekkie pierwiastki, takie jak O, Si i S, coraz częściej dzielą się na ciecze tworzące rdzeń podczas tworzenia rdzenia, gdy ciśnienia i temperatury są wyższe, więc później zdarzenia tworzenia rdzenia włączają więcej tych pierwiastków do rdzenia, ponieważ Ziemia jest większa, a zatem ciśnienia i temperatury są wyższe .
„Ustanawia to stabilne rozwarstwienie, które zapobiega długotrwałej geodynamice i planetarnemu polu magnetycznemu. To nasza hipoteza dla Wenus. W przypadku Ziemi uważamy, że uderzenie Księżyca było wystarczająco gwałtowne, aby mechanicznie wymieszać jądro Ziemi i umożliwić długotrwałej geodynamice generowanie dzisiejszego planetarnego pola magnetycznego ”.
Aby dodać do tego stanu zamieszania, przeprowadzono badania paleomagnetyczne, które wskazują, że ziemskie pole magnetyczne istnieje od co najmniej 4,2 miliarda lat (około 340 milionów lat po jego utworzeniu). Jako takie, powstaje oczywiście pytanie, co może tłumaczyć obecny stan konwekcji i jak do tego doszło. Ze względu na swoje badania Jacobson i jego zespół rozważają możliwość, że ogromny wpływ może to wyjaśnić. Jak wskazał Jacobson:
„Uderzenia energetyczne mechanicznie mieszają rdzeń, dzięki czemu mogą zniszczyć stabilne rozwarstwienie. Stabilne rozwarstwienie zapobiega konwekcji, która hamuje geodynamikę. Usunięcie rozwarstwienia pozwala na działanie dynamo. ”
Zasadniczo energia tego uderzenia wstrząsnęłaby rdzeniem, tworząc pojedynczy jednorodny region, w którym mogłaby działać długotrwała geodynamika. Biorąc pod uwagę wiek pola magnetycznego Ziemi, jest to zgodne z teorią uderzenia Theia, w której uważa się, że obiekt wielkości Marsa zderzył się z Ziemią 4,51 miliarda lat temu i doprowadził do powstania układu Ziemia-Księżyc.
Wpływ ten mógł spowodować, że jądro Ziemi przejdzie ze stratyfikacji do jednorodnej, a w ciągu następnych 300 milionów lat warunki ciśnienia i temperatury mogły spowodować rozróżnienie między stałym rdzeniem wewnętrznym a ciekłym rdzeniem zewnętrznym. Dzięki rotacji w zewnętrznym rdzeniu powstał efekt dynamo, który chronił naszą atmosferę podczas jej tworzenia.
Ziarna tej teorii zostały zaprezentowane w ubiegłym roku na 47. Konferencji Nauk Księżycowych i Planetarnych w The Woodlands w Teksasie. Podczas prezentacji zatytułowanej „Dynamiczne mieszanie rdzeni planetarnych przez Giant Impacts” dr Miki Nakajima z Caltech - jeden ze współautorów tego ostatniego badania - oraz David J. Stevenson z Carnegie Institution of Washington. W tym czasie wskazali, że rozwarstwienie jądra Ziemi mogło zostać zresetowane przez ten sam wpływ, który uformował Księżyc.
To badanie Nakajimy i Stevensona pokazało, jak najbardziej gwałtowne uderzenia mogą poruszyć jądro planet w późnej fazie akrecji. Opierając się na tym, Jacobson i inni współautorzy zastosowali modele tego, jak Ziemia i Wenus narastały z dysku ciał stałych i gazu wokół proto-Słońca. Zastosowali także obliczenia dotyczące wzrostu Ziemi i Wenus, oparte na chemii płaszcza i jądra każdej planety podczas każdego zdarzenia akrecyjnego.
Znaczenie tego badania, jeśli chodzi o jego związek z ewolucją Ziemi i pojawieniem się życia, nie może być niedoceniane. Jeśli magnetosfera ziemska jest wynikiem późnego uderzenia energetycznego, uderzenia te mogą równie dobrze być różnicą między tym, że nasza planeta nadaje się do zamieszkania, albo jest albo zbyt zimna i sucha (jak Mars), albo zbyt gorąca i piekielna (jak Wenus). Jak stwierdził Jacobson:
„Planetarne pola magnetyczne chronią planety i życie na planecie przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym. Jeśli późne, gwałtowne i gigantyczne uderzenie jest konieczne dla planetarnego pola magnetycznego, uderzenie takie może być konieczne dla życia. ”
Patrząc poza Układ Słoneczny, niniejszy dokument ma również wpływ na badania planet pozasłonecznych. Również tutaj różnica między planetą nadającą się do zamieszkania lub nie, może sprowadzać się do uderzeń o wysokiej energii, które są częścią wczesnej historii systemu. W przyszłości, gdy badamy planety pozasłoneczne i szukamy oznak zamieszkiwania, naukowcy mogą być zmuszeni zadać jedno proste pytanie: „Czy uderzenie było wystarczająco silne?”
