Hvorfor har Merkur så stor en jernkerne? Magnetisme!

En ny undersøgelse bestrider den fremherskende hypotese om, hvorfor Merkur har en stor kerne i forhold til sin kappe (laget mellem en planets kerne og skorpe). I årtier, videnskabsmænd hævdede, at hit-and-run-kollisioner med andre kroppe under dannelsen af ​​vores solsystem blæste meget af Mercurys klippekappe væk og efterlod det store, tæt, metalkerne indeni. Men ny forskning afslører, at kollisioner ikke er skylden - det er solens magnetisme.

William McDonough, professor i geologi ved University of Maryland, og Takashi Yoshizaki fra Tohoku University udviklede en model, der viser, at tætheden, masse og jernindhold i en stenet planets kerne er påvirket af dens afstand fra solens magnetfelt. Papiret, der beskriver modellen, blev offentliggjort den 2. juli, 2021, i journalen Fremskridt inden for jord- og planetvidenskab .

"De fire indre planeter i vores solsystem - Merkur, Venus, Jorden og Mars - består af forskellige proportioner af metal og sten, " sagde McDonough. "Der er en gradient, hvor metalindholdet i kernen falder, når planeterne kommer længere fra solen. Vores papir forklarer, hvordan dette skete ved at vise, at fordelingen af ​​råmaterialer i det tidligt dannede solsystem blev styret af solens magnetfelt."

McDonough har tidligere udviklet en model for Jordens sammensætning, der almindeligvis bruges af planetforskere til at bestemme sammensætningen af ​​exoplaneter. (Hans banebrydende papir om dette arbejde er blevet citeret mere end 8, 000 gange.)

McDonoughs nye model viser, at under den tidlige dannelse af vores solsystem, da den unge sol var omgivet af en hvirvlende sky af støv og gas, jernkorn blev trukket mod midten af ​​solens magnetfelt. Da planeterne begyndte at dannes fra klumper af det støv og gas, planeter tættere på solen inkorporerede mere jern i deres kerner end dem længere væk.

Forskerne fandt ud af, at tætheden og andelen af ​​jern i en stenet planets kerne korrelerer med styrken af ​​magnetfeltet omkring solen under planetdannelsen. Deres nye undersøgelse tyder på, at magnetisme bør indregnes i fremtidige forsøg på at beskrive sammensætningen af ​​klippeplaneter, inklusive dem uden for vores solsystem.

Sammensætningen af ​​en planets kerne er vigtig for dens potentiale til at understøtte liv. På jorden, for eksempel, en smeltet jernkerne skaber en magnetosfære, der beskytter planeten mod kræftfremkaldende kosmiske stråler. Kernen indeholder også størstedelen af ​​planetens fosfor, som er et vigtigt næringsstof til at opretholde kulstofbaseret liv.

Ved at bruge eksisterende modeller for planetarisk dannelse, McDonough bestemte den hastighed, hvormed gas og støv blev trukket ind i midten af ​​vores solsystem under dets dannelse. Han indregnet det magnetiske felt, der ville være blevet genereret af solen, da den brød ud, og beregnede, hvordan det magnetiske felt ville trække jern gennem støv- og gasskyen.

Da det tidlige solsystem begyndte at afkøle, støv og gas, der ikke blev trukket ind i solen, begyndte at klumpe sig sammen. De klumper, der er tættere på solen, ville have været udsat for et stærkere magnetfelt og ville således indeholde mere jern end dem, der er længere væk fra solen. Da klumperne smeltede sammen og afkølede til roterende planeter, gravitationskræfter trak jernet ind i deres kerne.

Da McDonough inkorporerede denne model i beregninger af planetarisk dannelse, den afslørede en gradient i metalindhold og tæthed, der svarer perfekt til, hvad forskerne ved om planeterne i vores solsystem. Kviksølv har en metallisk kerne, der udgør omkring tre fjerdedele af dens masse. Jordens og Venus kerner er kun omkring en tredjedel af deres masse, og Mars, den yderste af klippeplaneterne, har en lille kerne, der kun er omkring en fjerdedel af dens masse.

Denne nye forståelse af den rolle magnetisme spiller i planetarisk dannelse skaber et knæk i studiet af exoplaneter, fordi der i øjeblikket ikke er nogen metode til at bestemme en stjernes magnetiske egenskaber ud fra jordbaserede observationer. Forskere udleder sammensætningen af ​​en exoplanet baseret på spektret af lys, der udstråles fra dens sol. Forskellige grundstoffer i en stjerne udsender stråling i forskellige bølgelængder, så måling af disse bølgelængder afslører, hvad stjernen, og formentlig planeterne omkring det, er lavet af.

"Du kan ikke længere bare sige, 'Åh, sammensætningen af ​​en stjerne ser sådan ud, så planeterne omkring den skal se sådan ud, "" sagde McDonough. "Nu må du sige, "Hver planet kunne have mere eller mindre jern baseret på stjernens magnetiske egenskaber i solsystemets tidlige vækst."

De næste trin i dette arbejde vil være for forskere at finde et andet planetsystem som vores - et med klippeplaneter spredt over store afstande fra deres centrale sol. Hvis planeternes tæthed falder, når de stråler ud fra solen, som den gør i vores solsystem, forskere kunne bekræfte denne nye teori og udlede, at et magnetfelt påvirkede planetarisk dannelse.

Forskningspapiret, "Terrestriske planetsammensætninger styret af accretion disk magnetfelt, "McDonough, W.F. og Yoshizaki, T., blev offentliggjort den 2. juli, 2021, i journalen Fremskridt inden for jord- og planetvidenskab .