Hvorfor har Venus ikke en magnetosfære?

Af mange grunde, Venus omtales nogle gange som "Jordens tvilling" (eller "søsterplanet, "afhængigt af hvem du spørger). Ligesom Jorden, det er terrestrisk (dvs. stenet) i naturen, sammensat af silikatmineraler og metaller, der skelnes mellem en jern-nikkel kerne og silikat kappe og skorpe. Men når det kommer til deres respektive atmosfærer og magnetiske felter, vores to planeter kunne ikke være mere forskellige.

I nogen tid, astronomer har kæmpet for at svare på, hvorfor Jorden har et magnetfelt (som gør det muligt for den at bevare en tyk atmosfære) og Venus ikke har. Ifølge en ny undersøgelse udført af et internationalt hold af videnskabsmænd, det kan have noget at gøre med en massiv påvirkning, der fandt sted i fortiden. Da Venus tilsyneladende aldrig har lidt sådan en påvirkning, det har aldrig udviklet den dynamo, der skal til for at generere et magnetfelt.

Studiet, med titlen "Formation, lagdeling, og blanding af Jordens og Venus' kerner, " for nylig optrådt i det videnskabelige tidsskrift Earth and Science Planetary Letters . Undersøgelsen blev ledet af Seth A. Jacobson fra Northwestern University, og inkluderede medlemmer fra Observatory de la Côte d"Azur, University of Bayreuth, Tokyo Institute of Technology, og Carnegie Institution of Washington.

Af hensyn til deres studie, Jacobson og hans kolleger begyndte at overveje, hvordan jordiske planeter dannes i første omgang. Ifølge de mest almindeligt accepterede modeller for planetdannelse, terrestriske planeter dannes ikke i et enkelt trin, men fra en række tilvækstbegivenheder karakteriseret ved kollisioner med planetesimaler og planetariske embryoner - hvoraf de fleste har deres egne kerner.

Nylige undersøgelser af højtryksmineralfysik og om kredsløbsdynamik har også vist, at planetkerner udvikler en lagdelt struktur, efterhånden som de ophobes. Årsagen til dette har at gøre med, hvordan en større overflod af lette elementer er inkorporeret i flydende metal under processen, som derefter ville synke for at danne planetens kerne, når temperaturer og tryk steg.

En sådan lagdelt kerne ville være ude af stand til konvektion, hvilket menes at være det, der tillader Jordens magnetfelt. Hvad mere er, sådanne modeller er uforenelige med seismologiske undersøgelser, der indikerer, at Jordens kerne består for det meste af jern og nikkel, mens cirka 10 procent af dens vægt består af lette elementer – såsom silicium, ilt, svovl, og andre. Dens ydre kerne er på samme måde homogen, og består af stort set de samme elementer.

Som Dr. Jacobson forklarede til Universe Today via e-mail:

"De terrestriske planeter voksede fra en sekvens af tilvækst (påvirkning) begivenheder, så kernen voksede også i flere trin. Flertrins kernedannelse skaber en lagdelt stabilt lagdelt tæthedsstruktur i kernen, fordi lette elementer i stigende grad inkorporeres i senere kernetilsætninger. Lette elementer som O, si, og S i stigende grad opdeles i kernedannende væsker under kernedannelsen, når tryk og temperaturer er højere, så senere kernedannende begivenheder inkorporerer flere af disse elementer i kernen, fordi Jorden er større, og tryk og temperaturer er derfor højere.

"Dette etablerer en stabil lagdeling, som forhindrer en langvarig geodynamo og et planetarisk magnetfelt. Dette er vores hypotese for Venus. I tilfældet med Jorden, vi tror, ​​at det månedannende nedslag var voldsomt nok til mekanisk at blande Jordens kerne og tillade en langvarig geodynamo at generere nutidens planetariske magnetfelt."

For at tilføje denne tilstand af forvirring, palæomagnetiske undersøgelser er blevet udført, der indikerer, at Jordens magnetfelt har eksisteret i mindst 4,2 milliarder år (omtrent 340 millioner år efter det blev dannet). Som sådan, Spørgsmålet opstår naturligvis om, hvad der kunne forklare den nuværende konvektionstilstand, og hvordan den opstod. Af hensyn til deres studie, Jacobson og hans team overvejer muligheden for, at en massiv påvirkning kunne forklare dette. Jacobson angav:

"Energetiske påvirkninger blander kernen mekanisk og kan derfor ødelægge stabil lagdeling. Stabil lagdeling forhindrer konvektion, som hæmmer en geodynamo. Fjernelse af lagdelingen gør det muligt for dynamoen at fungere."

I bund og grund, energien fra denne påvirkning ville have rystet op i kernen, skabe en enkelt homogen region, inden for hvilken en langvarig geodynamo kunne operere. I betragtning af jordens magnetfelts alder, dette er i overensstemmelse med Theia-påvirkningsteorien, hvor et objekt på størrelse med Mars menes at have kollideret med Jorden for 4,51 milliarder år siden og førte til dannelsen af ​​Jord-månesystemet.

Denne påvirkning kunne have fået Jordens kerne til at gå fra at være stratificeret til homogen, og i løbet af de næste 300 millioner år, tryk- og temperaturforhold kunne have fået den til at skelne mellem en fast indre kerne og en flydende ydre kerne. Takket være rotation i den ydre kerne, resultatet var en dynamo-effekt, der beskyttede vores atmosfære, da den blev dannet.

Frøene til denne teori blev præsenteret sidste år på den 47. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas. Under en præsentation med titlen "Dynamisk blanding af planetariske kerner af Giant Impacts, " Dr. Miki Nakajima fra Caltech – en af ​​medforfatterne til denne seneste undersøgelse – og David J. Stevenson fra Carnegie Institution of Washington. På det tidspunkt, de indikerede, at lagdelingen af ​​Jordens kerne kan være blevet nulstillet af det samme stød, som dannede månen.

Det var Nakajima og Stevensons undersøgelse, der viste, hvordan de mest voldsomme påvirkninger kunne røre planeternes kerne sent i deres tilvækst. Bygger på dette, Jacobson og de andre medforfattere anvendte modeller af, hvordan Jorden og Venus ophobedes fra en skive af faste stoffer og gas omkring en proto-sol. De anvendte også beregninger af, hvordan Jorden og Venus voksede, baseret på kemien i kappen og kernen af ​​hver planet gennem hver tilvækst begivenhed.

Betydningen af ​​denne undersøgelse, i forhold til hvordan det forholder sig til Jordens udvikling og fremkomsten af ​​liv, kan ikke undervurderes. Hvis Jordens magnetosfære er resultatet af en sen energipåvirkning, så kunne sådanne påvirkninger meget vel være forskellen på, om vores planet er beboelig eller enten for kold og tør (som Mars) eller for varm og helvedes (som Venus). Som Jacobson konkluderede:

"Planetariske magnetfelter beskytter planeter og liv på planeten mod skadelig kosmisk stråling. Hvis en sen, voldsomme og gigantiske påvirkninger er nødvendige for et planetarisk magnetfelt, så kan en sådan påvirkning være nødvendig for liv."

Ser vi ud over vores solsystem, dette papir har også implikationer i studiet af ekstrasolplaneter. Også her, Forskellen mellem, om en planet er beboelig eller ej, kan komme ned til, at højenergipåvirkninger er en del af systemets tidlige historie. I fremtiden, når man studerer planeter udenfor solen og leder efter tegn på beboelighed, videnskabsmænd kan meget vel blive tvunget til at stille et enkelt spørgsmål:"Blev det ramt hårdt nok?"