По много причини Венера понякога се нарича „Земя Близнак“ (или „Сестра планета“, в зависимост от това кого искате). Подобно на Земята, тя е сухоземна (т.е. скалиста) в природата, съставена от силикатни минерали и метали, които са диференцирани между желязо-никелова сърцевина и силикатна мантия и кора. Но когато става въпрос за съответната им атмосфера и магнитни полета, нашите две планети не биха могли да бъдат по-различни.
От известно време астрономите се борят да отговорят защо Земята има магнитно поле (което й позволява да запази плътна атмосфера), а Венера не. Според ново проучване, проведено от международен екип от учени, това може да има нещо общо с масово въздействие, което се е случило в миналото. Тъй като изглежда, че Венера никога не е претърпяла подобно въздействие, тя никога не е развивала динамото, необходимо за генериране на магнитно поле.
Изследването, озаглавено „Образуване, стратификация и смесване на сърцевините на Земята и Венера“, наскоро се появи в научното списание Планетарни букви за Земята и Науката, Изследването беше ръководено от Сет А. Джейкъбсън от Северозападния университет и включваше членове от Обсерваторията на Лазурния бряг, Университета в Байройт, Токийския технологичен институт и Института Карнеги от Вашингтон.
Заради своето проучване Якобсън и неговите колеги започнаха да обмислят как на първо място се формират земните планети. Според най-широко приетите модели за формиране на планети, земните планети не се формират в един етап, а от поредица аккреционни събития, характеризиращи се с сблъсъци с планетезимали и планетарни ембриони - повечето от които имат свои собствени ядра.
Последните проучвания на минералната физика на високо налягане и орбиталната динамика също показват, че планетарните ядра развиват стратифицирана структура, тъй като те се акремират. Причината за това е свързана с това как по-голямото изобилие от леки елементи е включено в течния метал по време на процеса, който след това би потънал, за да образува ядрото на планетата с повишаване на температурите и налягането.
Такава стратифицирана сърцевина би била неспособна на конвекция, за която се смята, че позволява магнитното поле на Земята. Нещо повече, подобни модели са несъвместими със сеизмологичните изследвания, които показват, че сърцевината на Земята се състои най-вече от желязо и никел, докато приблизително 10% от теглото й се състои от леки елементи - като силиций, кислород, сяра и други. Външното му ядро е подобно хомогенно и съставено от почти едни и същи елементи.
Както д-р Джейкъбсън обясни на Space Magazine по имейл:
„Земните планети израстваха от поредица от аккреционални (въздействащи) събития, така че ядрото също расте по многоетапен начин. Многоетапното образуване на ядро създава слоеста стабилна стратифицирана структура на плътността в сърцевината, тъй като леките елементи все по-често се включват в по-късните добавки на ядрото. Леки елементи като O, Si и S все повече се разделят на течности, образуващи ядро по време на образуването на ядрото, когато наляганията и температурите са по-високи, така че по-късните събития на ядрото включват повече от тези елементи в ядрото, тъй като Земята е по-голяма и следователно наляганията и температурите са по-високи ,
„Това установява стабилна стратификация, която предотвратява дълготрайното геодинамо и планетарно магнитно поле. Това е нашата хипотеза за Венера. В случая на Земята смятаме, че образуването на Луната е било достатъчно насилствено, за да механично да смесва ядрото на Земята и да позволи дълготрайно геодинамо да генерира днешното планетарно магнитно поле. "
За да се добави към това състояние на объркване, са проведени палеомагнитни изследвания, които показват, че магнитното поле на Земята е съществувало поне 4,2 милиарда години (приблизително 340 милиона години след формирането му). Като такъв естествено възниква въпросът какво би могло да обясни настоящото състояние на конвекция и как е възникнало това. Заради проучването си, Джейкъбсън и неговият екип обмисляха възможността за това да се окаже огромно въздействие. Както Джейкъбсън посочи:
„Енергийните въздействия механично смесват сърцевината и така могат да унищожат стабилна стратификация. Стабилната стратификация предотвратява конвекцията, която инхибира геодинамото. Премахването на стратификацията позволява на динамото да работи. "
По принцип енергията от това въздействие би разклатила сърцевината, създавайки един хомогенен регион, в който може да действа дълготрайно геодинамо. Като се има предвид възрастта на магнитното поле на Земята, това е в съответствие с теорията на въздействието на Тея, където се смята, че обект с размер на Марс се е сблъскал с Земята преди 4,51 милиарда години и е довел до образуването на системата Земя-Луна.
Това въздействие може да накара земното ядро да премине от стратифицирано в хомогенно и в течение на следващите 300 милиона години налягането и температурните условия могат да доведат до разграничаването му между твърдо вътрешно ядро и течно външно ядро. Благодарение на въртенето във външната сърцевина, резултатът беше ефект на динамо, който защитаваше атмосферата ни, докато се образува.
Семената на тази теория бяха представени миналата година на 47-ата конференция за лунната и планетарната наука в The Woodlands, Texas. По време на презентация, озаглавена „Динамично смесване на планетарни ядра от гигантски въздействия“, д-р Мики Накаджима от Caltech - един от съавторите на това последно проучване - и Дейвид Дж. Стивънсън от института Карнеги във Вашингтон. По това време те посочиха, че стратификацията на ядрото на Земята може да е била възстановена от същото въздействие, което е образувало Луната.
Именно проучването на Накаджима и Стивънсън показа как най-насилствените въздействия могат да разбъркат ядрото на планетите до късното им нарастване. Въз основа на това Джейкъбсън и другите съавтори прилагат модели за това как Земята и Венера се акредират от диск с твърди вещества и газ около прото-Слънцето. Те също така прилагат изчисления за това как растеха Земята и Венера, въз основа на химията на мантията и ядрото на всяка планета чрез всяко събитие за нарастване.
Значението на това изследване по отношение на това как е свързано с еволюцията на Земята и възникването на живота, не може да бъде подценявано. Ако магнитосферата на Земята е резултат от късно енергийно въздействие, тогава тези въздействия могат да бъдат разликата между обитаването на нашата планета или прекалено студена и суха (като Марс) или твърде гореща и адска (като Венера). Както Джейкъбсън заключи:
„Планетарните магнитни полета защитават планетите и живота на планетата от вредното космическо излъчване. Ако късното, силно и гигантско въздействие е необходимо за планетарно магнитно поле, тогава такова въздействие може да е необходимо за цял живот. "
Поглед отвъд нашата Слънчева система, този документ има значение и при изучаването на извън слънчевите планети. И тук разликата между обитаема или непланетарна планета може да се свежда до високоенергийни въздействия, които са част от ранната история на системата. В бъдеще, когато изучават извън слънчеви планети и търсят признаци на обитаемост, учените може да са принудени да зададат един прост въпрос: „Беше ли ударен достатъчно силно?“
