Nový výskum z Marylandskej univerzity ukazuje, že blízkosť k magnetickému poľu Slnka určuje vnútornú štruktúru planéty.

Nová štúdia je v rozpore s prevládajúcou hypotézou o tom, prečo má Merkúr veľké jadro v porovnaní so svojou atmosférou (vrstva medzi jadrom planéty a kôrou). Vedci po celé desaťročia tvrdili, že zrážky typu „run-and-run“ s inými telesami počas formovania našej slnečnej sústavy odfúkli veľkú časť skalného plášťa Merkúra a nechali vo vnútri veľké a husté minerálne jadro. Nový výskum ale odhaľuje, že zrážky nemôžu za to – môže za to magnetizmus Slnka.

William McDonough, profesor geológie na Marylandskej univerzite, a Takashi Yoshizaki z Tohoku University vyvinuli model, ktorý ukazuje, že hustota, hmotnosť a obsah železa v jadre skalnej planéty sú ovplyvnené jeho vzdialenosťou od magnetického poľa Slnka. Príspevok popisujúci model bol publikovaný 2. júla 2021 v časopise Pokroky v Zemi a planetárne vedy.

„Štyri vnútorné planéty našej slnečnej sústavy – Merkúr, Venuša, Zem a Mars – sú vyrobené z rôznych podielov kovu a hornín,“ uviedol McDonough. „Existuje gradient, v ktorom obsah minerálov v jadre klesá, keď sa planéty vzďaľujú od slnka. Náš dokument vysvetľuje, ako sa to stalo, tým, že ukazuje, že distribúcia surovín v rannej slnečnej sústave bola riadená magnetickým poľom slnka.“ “

McDonough predtým vyvinul model formovania Zeme, ktorý planetárni vedci bežne používajú na stanovenie zloženia exoplanét. (Jeho seminárna práca o tejto práci bola citovaná viac ako 8 000 krát.)

Nový model spoločnosti McDonough ukazuje, že počas ranného formovania našej slnečnej sústavy, keď bolo mladé slnko obklopené víriacim mrakom prachu a plynu, boli železné zrná ťahané slnečným magnetickým poľom smerom do stredu. Keď sa planéty začali formovať zo zhlukov tohto prachu a plynu, planéty bližšie k slnku natavovali do svojich jadier viac železa ako tie vzdialenejšie.

Vedci zistili, že hustota a percento železa v jadre kamennej planéty koreluje so silou magnetického poľa okolo Slnka počas formovania planéty. Ich nová štúdia naznačuje, že magnetizmus by sa mal brať do úvahy pri budúcich pokusoch opísať vznik skalných planét vrátane planét mimo našu slnečnú sústavu.

Zloženie jadra planéty je dôležité pre jeho schopnosť podporovať život. Napríklad na Zemi jadro z roztaveného železa vytvára magnetosféru, ktorá chráni planétu pred kozmickými lúčmi, ktoré spôsobujú rakovinu. Buničina tiež obsahuje väčšinu fosforu nachádzajúceho sa na planéte, čo je dôležitá živina pre udržanie života na báze uhlíka.

Pomocou súčasných modelov formovania planéty McDonough určil rýchlosť, akou je plyn a prach vťahovaný do stredu našej slnečnej sústavy, keď sa formovala. Vzal do úvahy magnetické pole, ktoré by Slnko vytvorilo, keď explodovalo do existencie, a vypočítal, ako toto magnetické pole vytiahne železo cez oblak prachu a plynu.

Keď sa ranná slnečná sústava začala ochladzovať, prach a plyn, ktoré neboli priťahované slnkom, sa začali zhlukovať. Masy bližšie k slnku môžu byť vystavené silnejšiemu magnetickému poľu, a preto budú obsahovať viac železa ako tie, ktoré sú ďalej od slnka. Keď sa zhluky spájajú a ochladzujú na rotujúce planéty, gravitačné sily vtiahnu železo do ich jadra.

Keď McDonough začlenil tento model do svojich výpočtov formovania planét, odhalil gradient v obsahu a hustote minerálov, ktorý sa dokonale zhoduje s tým, čo vedci vedia o planétach v našej slnečnej sústave. Ortuť má kovové jadro, ktoré tvorí asi tri štvrtiny jej hmotnosti. Jadrá Zeme a Venuše tvoria iba tretinu ich hmotnosti a Mars, ktorý je najvzdialenejší od kamenných planét, má malé jadro, ktoré nepresahuje štvrtinu jeho hmotnosti.

Toto nové chápanie úlohy, ktorú zohráva magnetizmus pri formovaní planéty, vytvára prekážku v štúdiu exoplanét, pretože v súčasnosti neexistuje spôsob, ako určiť magnetické vlastnosti hviezdy z pozorovaní na Zemi. Vedci odvodzujú zloženie exoplanéty na základe spektra svetla vyžarovaného jej slnkom. Rôzne prvky vo hviezde emitujú žiarenie rôznych vlnových dĺžok, takže meranie týchto vlnových dĺžok odhalí, z čoho je hviezda vyrobená, a pravdepodobne planéty okolo nej.

„Už nemôžete len povedať:„ Ach, zloženie hviezdy vyzerá takto, “takže planéty okolo nej by mali vyzerať takto,“ povedal McDonough. „Teraz musíte povedať:„ Každá planéta môže mať viac alebo menej železo založené na magnetických vlastnostiach hviezdy v ranom raste slnečnej sústavy.

Ďalším krokom v tejto práci je, aby vedci našli iný planetárny systém, ako je ten náš – ten so skalnými planétami rozptýlenými vo veľkých vzdialenostiach od centrálneho slnka. Ak sa hustota planét zníži, keď odchádzajú zo slnka, ako to robí v našej slnečnej sústave, mohli by vedci potvrdiť túto novú teóriu a dospieť k záveru, že magnetické pole ovplyvňovalo vznik planét.

Odkaz: „Pozemské planetárne kompozície riadené magnetickým poľom akrečného disku“ od Williama F. McDonougha a Takašiho Yoshizakiho, 2. júla 2021 Pokroky v Zemi a planetárne vedy.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4