Грешат ли учените за планетата Меркурий? Голямото й железно сърце може да се дължи на магнетизъм!

Ново изследване от университета в Мериленд показва, че близостта до магнитното поле на Слънцето определя вътрешната структура на планетата.

Ново изследване противоречи на преобладаващата хипотеза за това защо Меркурий има голямо ядро ​​спрямо атмосферата си (слоят между ядрото на планетата и кората). В продължение на десетилетия учените твърдят, че сблъсъци с други тела по време на формирането на нашата Слънчева система издухаха голяма част от скалистата мантия на Меркурий и оставиха голямото, плътно минерално ядро ​​вътре. Но ново изследване разкрива, че сблъсъците не са виновни – виновен е магнетизмът на Слънцето.

Уилям Макдоноу, професор по геология в университета в Мериленд, и Такаши Йошидзаки от университета в Тохоку разработиха модел, който показва, че плътността, масата и съдържанието на желязо в ядрото на скалиста планета се влияят от отдалечаването му от магнитното поле на Слънцето. Докладът, описващ модела, е публикуван на 2 юли 2021 г. в списанието Напредък в науките за Земята и планетите.

„Четирите вътрешни планети на нашата Слънчева система – Меркурий, Венера, Земя и Марс – са съставени от различни пропорции на метал и скала“, каза Макдоноу. „Има градиент, при който минералното съдържание на ядрото намалява, когато планетите се отдалечават от слънцето. Нашата статия обяснява как това се е случило, като показва, че разпределението на суровините в ранната Слънчева система се контролира от слънчевото магнитно поле. ”

Макдоно преди това е разработил модел на формиране на Земята, който планетарните учени обикновено използват, за да определят състава на екзопланетите. (Неговият основен доклад за тази работа е цитиран над 8000 пъти.)

Новият модел на McDonough показва, че по време на ранното формиране на нашата слънчева система, когато младото слънце е било заобиколено от завихрящ се облак от прах и газ, железните зърна са били изтеглени към центъра от слънчевото магнитно поле. Когато планетите започнали да се образуват от бучките този прах и газ, планетите по-близо до слънцето вливали повече желязо в своите ядра, отколкото тези по-далеч.

Изследователите установили, че плътността и процентът на желязото в ядрото на скалиста планета корелира със силата на магнитното поле около Слънцето по време на формирането на планетата. Новото им проучване предполага, че магнетизмът трябва да се вземе предвид при бъдещи опити за описване на образуването на скалисти планети, включително тези извън нашата слънчева система.

Съставът на ядрото на планетата е важен за способността му да поддържа живота. На Земята, например, разтопено желязно ядро ​​създава магнитосфера, която предпазва планетата от космическите лъчи, причиняващи рак. Пулпът съдържа и по-голямата част от фосфора, открит на планетата, важно хранително вещество за поддържане на живот, основан на въглерод.

Използвайки сегашните модели на формиране на планети, Макдоно определи скоростта, с която газът и прахът се изтеглят в центъра на нашата слънчева система, докато се е формирал. Той взе предвид магнитното поле, което Слънцето би генерирало, когато избухне, и изчисли как това магнитно поле ще изтегли желязото през облака от прах и газ.

Тъй като ранната слънчева система започна да се охлажда, прахът и газта, които не бяха привлечени от слънцето, започнаха да се натрупват. Масите по-близо до слънцето могат да бъдат изложени на по-силно магнитно поле и следователно ще съдържат повече желязо от тези по-далеч от слънцето. Докато бучките се сливат и охлаждат във въртящи се планети, гравитационните сили привличат желязото в тяхното ядро.

Когато Макдоно включи този модел в изчисленията си за формиране на планети, той разкри градиент в минералното съдържание и плътност, който съвпада с това, което учените знаят за планетите в нашата Слънчева система. Живакът има метално ядро, което съставлява около три четвърти от неговата маса. Ядрата на Земята и Венера представляват само една трета от тяхната маса, а Марс, най-отдалеченият от скалистите планети, има малко ядро, което не надвишава една четвърт от неговата маса.

Това ново разбиране за ролята, която магнетизмът играе при формирането на планети, създава пречка при изучаването на екзопланети, тъй като в момента няма начин да се определят магнитните свойства на звезда от земни наблюдения. Учените правят извод за състава на екзопланета въз основа на спектъра на светлината, излъчвана от слънцето. Различните елементи в звездата излъчват лъчение с различни дължини на вълните, така че измерването на тези дължини на вълните разкрива от какво е направена звездата и евентуално планетите около нея.

„Вече не можете просто да кажете:“ О, съставът на звездата изглежда така „, така че планетите около нея трябва да изглеждат така“, каза Макдоно. „Сега трябва да кажете:“ Всяка планета може да има повече или по-малко желязо на базата на магнитни свойства на звезда в ранния растеж на Слънчевата система.

Следващите стъпки в тази работа са учените да намерят друга планетарна система като нашата – тази със скалисти планети, разпръснати на голямо разстояние от централното слънце. Ако плътността на планетите намалява, когато те се отдалечават от слънцето, както се случва в нашата слънчева система, изследователите могат да потвърдят тази нова теория и да заключат, че магнитното поле е повлияло на формирането на планетите.

Справка: „Наземни планетни композиции, контролирани от магнитното поле на акреционния диск“ От Уилям Ф. Макдоно и Такаши Йошидзаки, 2 юли 2021 г. Налично тук Напредък в науките за Земята и планетите.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4