Av mange grunner blir Venus noen ganger referert til som "Earth's Twin" (eller "Sister Planet", avhengig av hvem du spør). I likhet med Jorden er den landlig (dvs. steinete) i naturen, sammensatt av silikatmineraler og metaller som er differensiert mellom en jern-nikkelkjerne og silikatmantel og -skorpe. Men når det gjelder deres respektive atmosfærer og magnetiske felt, kunne ikke våre to planeter være mer forskjellige.
I noen tid har astronomer kjempet for å svare på hvorfor Jorden har et magnetfelt (som gjør at den kan beholde en tykk atmosfære) og Venus ikke. I følge en ny studie utført av et internasjonalt forskerteam, kan det ha noe å gjøre med en massiv innvirkning som skjedde i fortiden. Siden Venus ser ut til å aldri ha hatt en slik innvirkning, utviklet den aldri dynamoen som trengs for å generere et magnetfelt.
Studien, med tittelen “Dannelse, stratifisering og blanding av kjernene i Jorden og Venus”, dukket nylig opp i det vitenskapelige tidsskriftet Earth and Science planetariske bokstaver. Studien ble ledet av Seth A. Jacobson fra Northwestern University, og inkluderte medlemmer fra Observatory de la Côte d’Azur, University of Bayreuth, Tokyo Institute of Technology og Carnegie Institution of Washington.
Av hensyn til studien deres begynte Jacobson og kollegene å vurdere hvordan jordiske planeter dannes i utgangspunktet. I henhold til de mest aksepterte modellene for dannelse av planter dannes ikke jordiske planeter i et enkelt trinn, men ut fra en serie akkretjonshendelser som er preget av kollisjoner med planetesimaler og planetembryoer - de fleste har egne kjerner.
Nyere studier på mineralfysikk med høyt trykk og om banedynamikk har også indikert at planetkjerner utvikler en lagdelt struktur når de anskaffer seg. Årsaken til dette har å gjøre med hvordan en høyere overflod av lette elementer blir innlemmet i med flytende metall under prosessen, som deretter ville synke for å danne kjernen av planeten når temperaturene og trykket økte.
En slik stratifisert kjerne vil ikke være i stand til konveksjon, noe som antas å være det som tillater jordas magnetfelt. Dessuten er slike modeller uforenlige med seismologiske studier som indikerer at jordens kjerne for det meste består av jern og nikkel, mens omtrent 10% av dens vekt består av lette elementer - som silisium, oksygen, svovel og andre. Den ytre kjernen er på samme måte homogen og består av omtrent de samme elementene.
Som Dr. Jacobson forklarte Space Magazine via e-post:
”De jordiske planetene vokste fra en sekvens av akkresjonære (innvirkning) hendelser, så kjernen vokste også på flere trinn. Flertrinns kjernedannelse skaper en lagdelt stabilt lagdelt tetthetsstruktur i kjernen fordi lette elementer i økende grad blir innarbeidet i senere kjernetilsetninger. Lette elementer som O, Si og S blir i økende grad delt i kjernedannende væsker under kjernedannelse når trykk og temperaturer er høyere, så senere kjerneformende hendelser innlemmer flere av disse elementene i kjernen fordi jorden er større og trykk og temperaturer er derfor høyere .
“Dette etablerer en stabil lagdeling som forhindrer en langvarig geodynamo og et planetarisk magnetfelt. Dette er vår hypotese for Venus. Når det gjelder Jorden, tror vi den månedannende påvirkningen var voldelig nok til å mekanisk blande jordens kjerne og la en langvarig geodynamo generere dagens planetmagnetiske felt. "
For å tilføre denne forvirringstilstanden, har paleomagnetiske studier blitt utført som indikerer at jordas magnetfelt har eksistert i minst 4,2 milliarder år (omtrent 340 millioner år etter at det dannet seg). Som sådan oppstår spørsmålet naturlig hva som kan redegjøre for den nåværende konveksjonstilstanden og hvordan den ble til. Av hensyn til studien vurderte Jacobson og teamet muligheten for at en massiv innvirkning kan forklare dette. Som Jacobson antydet:
“Energiske påvirkninger blander kjernen mekanisk og kan ødelegge stabil lagdeling. Stabil lagdeling forhindrer konveksjon som hemmer en geodynamo. Å fjerne stratifiseringen gjør at dynamoen kan operere. ”
I utgangspunktet ville energien fra denne påvirkningen ristet opp kjernen og skapt en enkelt homogen region hvor en langvarig geodynamo kunne operere. Med tanke på jordas magnetfelt, er dette i samsvar med Theia-påvirkningsteorien, der det antas at et objekt i Mars-størrelse har kollidert med Jorden for 4,51 milliarder år siden og ført til dannelsen av Earth-Moon-systemet.
Denne påvirkningen kan ha fått jordens kjerne til å gå fra å være lagdelt til homogen, og i løpet av de neste 300 millioner årene kunne trykk og temperaturforhold ha fått den til å skille mellom en solid indre kjerne og flytende ytre kjerne. Takket være rotasjon i den ytre kjernen var resultatet en dynamoeffekt som beskyttet atmosfæren vår mens den dannet seg.
Frøene fra denne teorien ble presentert i fjor på den 47. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas. Under en presentasjon med tittelen "Dynamisk blanding av planetariske kjerner av Giant Impacts", Dr. Miki Nakajima fra Caltech - en av medforfatterne til denne siste studien - og David J. Stevenson fra Carnegie Institution of Washington. På det tidspunktet indikerte de at stratifiseringen av jordens kjerne kan ha blitt tilbakestilt av samme innvirkning som dannet månen.
Det var Nakajima og Stevensons studie som viste hvordan de mest voldsomme virkningene kunne røre kjernen av planeter sent i akkresjonen deres. Basert på dette anvendte Jacobson og de andre medforfatterne modeller av hvordan Jorden og Venus tiltrengte seg fra en disk med faste stoffer og gass om en proto-Sun. De anvendte også beregninger av hvordan Jorden og Venus vokste, basert på kjemien til mantelen og kjernen på hver planet gjennom hver akkresjonshendelse.
Betydningen av denne studien, når det gjelder hvordan den forholder seg til jordens utvikling og livets oppkomst, kan ikke undervurderes. Hvis jordas magnetosfære er et resultat av en sen energisk påvirkning, kan slike påvirkninger veldig godt være forskjellen mellom planeten vår å være beboelig eller være enten for kald og tør (som Mars) eller for varm og helvete (som Venus). Som Jacobson konkluderte:
”Planetmagnetiske felt beskytter planeter og liv på planeten mot skadelig kosmisk stråling. Hvis en sen, voldelig og gigantisk påvirkning er nødvendig for et magnetisk magnetfelt, kan en slik innvirkning være nødvendig for livet. "
Ser vi utover vårt solsystem, har dette papiret også implikasjoner i studiet av ekstrasolplaneter. Også her kan forskjellen mellom at en planet er beboelig eller ikke, komme ned på høye energikonsekvenser som en del av systemets tidlige historie. I fremtiden, når de studerer planter utenom solenergien og ser etter tegn på beboelighet, kan forskere meget vel bli tvunget til å stille ett enkelt spørsmål: "Ble det hardt rammet?"
