З багатьох причин Венеру іноді називають «Близнюком Землі» (або «Сестрою Планетою», залежно від того, кого ви запитуєте). Як і Земля, він є наземним (тобто скелястим) за своєю природою, складається з силікатних мінералів та металів, які диференціюються між залізо-нікелевим ядром та силікатною мантією та земною корою. Але якщо говорити про їх відповідну атмосферу та магнітне поле, наші дві планети не могли бути більш різними.
Деякий час астрономи намагаються відповісти, чому Земля має магнітне поле (що дозволяє їй утримувати густу атмосферу), а Венера - ні. Згідно нового дослідження, проведеного міжнародною групою вчених, це може мати щось спільне з масовим впливом, який відбувся в минулому. Оскільки, здається, Венера ніколи не зазнавала такого впливу, її ніколи не розвивалося динамо, необхідне для генерації магнітного поля.
Дослідження під назвою "Формування, стратифікація та змішування ядер Землі та Венери" нещодавно з'явилося в науковому журналі Планетні листи Землі та науки. Дослідженням керував Сет А. Джейкобсон з Північно-Західного університету, і він включав членів Обсерваторії де-Лазурного берега, Університету Байройта, Токійського технологічного інституту та Інституту Карнегі у Вашингтоні.
Заради свого дослідження Джейкобсон та його колеги почали розглядати, як формуються земні планети в першу чергу. Згідно з найбільш широко прийнятими моделями формування планет, наземні планети формуються не в одній стадії, а з ряду аккреційних подій, що характеризуються зіткненнями з планетсимальними та планетарними ембріонами - більшість з яких мають власні ядра.
Недавні дослідження фізики мінералів високого тиску та орбітальної динаміки також показали, що планетарні ядра розвивають стратифіковану структуру під час їх акреміту. Причина цього пов’язана з тим, як більша кількість легких елементів увімкнена в рідкий метал під час процесу, який згодом зануриться у форму ядра планети, коли температури та тиск зростатимуть.
Таке стратифіковане ядро було б нездатним до конвекції, що, як вважають, дозволяє магнітне поле Землі. Більше того, такі моделі несумісні з сейсмологічними дослідженнями, які вказують на те, що ядро Землі складається здебільшого із заліза та нікелю, тоді як приблизно 10% його ваги складають легкі елементи - наприклад, кремній, кисень, сірка та інші. Зовнішнє ядро аналогічно однорідне і складається з майже однакових елементів.
Як пояснив доктор Джейкобсон для Space Magazine електронною поштою:
“Земні планети виросли з послідовності аккреційних (ударних) подій, тому ядро також зростало багатоступеневим способом. Багатоступеневе формування ядра створює шарувату стійку стратифіковану структуру щільності в ядрі, оскільки легкі елементи все більше включаються в більш пізні доповнення до ядра. Легкі елементи, такі як O, Si і S, все частіше поділяються на ядра, що утворюють рідини під час формування ядра, коли тиск і температура вищі, тому пізніше події формування ядра включають більше цих елементів у ядро, оскільки Земля більша, а тиск і температура тому вищі .
«Це встановлює стійку стратифікацію, яка перешкоджає тривалому геодинамо та планетарному магнітному полі. Це наша гіпотеза щодо Венери. Що стосується Землі, ми вважаємо, що удар, що утворює Місяць, був достатньо сильним, щоб механічно перемішати ядро Землі та дозволити тривалому геодинамо генерувати сьогоднішнє планетарне магнітне поле. "
На додаток до цього стану плутанини були проведені палеомагнітні дослідження, які свідчать про те, що магнітне поле Землі існувало щонайменше 4,2 мільярда років (приблизно 340 мільйонів років після його утворення). Таким чином, природним чином виникає питання, що могло б пояснити поточний стан конвекції та як воно виникло. Заради свого дослідження Джейкобсон та його команда розглядали можливість того, що це може спричинити масовий вплив. Як зазначив Якобсон:
«Енергетичні впливи механічно змішують серцевину і, таким чином, можуть знищити стійке розшарування. Стабільна стратифікація запобігає конвекції, що гальмує геодинамо. Усунення стратифікації дозволяє динамо працювати ».
В основному, енергія цього впливу похитнула б серцевину, створивши єдину однорідну область, в межах якої могло б діяти тривале геодинамо. Зважаючи на вік магнітного поля Землі, це узгоджується з теорією впливу Теї, де вважається, що об'єкт розміром Марса зіткнувся з Землею 4,51 мільярда років тому і призвів до утворення системи Земля-Місяць.
Цей вплив міг призвести до того, що ядро Землі перейшло від стратифікованого до однорідного, і протягом наступних 300 мільйонів років умови тиску та температури могли змусити його розмежувати між міцним внутрішнім ядром і рідким зовнішнім ядром. Завдяки обертанню у зовнішньому ядрі в результаті був ефект динамо, який захищав нашу атмосферу в міру формування.
Насіння цієї теорії було представлено минулого року на 47-й конференції з питань місячних і планетарних наук у Вудлендс, штат Техас. Під час презентації під назвою "Динамічне змішування планетних ядер гігантськими впливами" доктор Мікі Накаджіма з Caltech - один із співавторів цього останнього дослідження - та Девід Дж. Стівенсон з Інституту Карнегі у Вашингтоні. У той час вони вказували, що стратифікація ядра Землі могла бути скинута тим самим ударом, що і Місяць.
Саме дослідження Накаджіми та Стівенсона показало, як найбільш насильницькі впливи можуть розмішати ядро планет пізніше в їх наростанні. Спираючись на це, Якобсон та інші співавтори застосовували моделі того, як Земля і Венера акредитуються з диска твердих речовин і газу про прото-Сонце. Вони також застосовували розрахунки того, як росли Земля та Венера, ґрунтуючись на хімії мантії та ядра кожної планети через кожну подію нарощування.
Значення цього дослідження з точки зору того, як воно пов'язане з еволюцією Землі та виникненням життя, не може бути занижене. Якщо магнітосфера Землі є наслідком пізнього енергетичного впливу, то такі впливи можуть бути різницею між тим, що наша планета є придатною для життя або є занадто холодною і посушливою (як Марс) або занадто гарячою і пекельною (як Венера). Як зробив висновок Якобсон:
«Планетичні магнітні поля захищають планети і життя планети від шкідливого космічного випромінювання. Якщо для планетарного магнітного поля необхідний пізній, насильницький і гігантський удар, то такий вплив може бути необхідним для життя ».
Якщо дивитися за межі нашої Сонячної системи, цей документ також має наслідки для вивчення позасонячних планет. Тут також різниця між придатною для проживання планетою або нею може зводитися до енергетичних впливів, що є частиною ранньої історії системи. Надалі, вивчаючи позасонячні планети та шукаючи ознаки придатності, вчені, можливо, будуть змушені задати одне просте запитання: "Чи вдарило це досить сильно?"
