La Terra e Venere hanno le stesse dimensioni, quindi perché Venere non ha una magnetosfera? Forse non è stato frantumato abbastanza forte

Per molte ragioni, Venere viene talvolta chiamata ' Gemello della Terra ” (o “Sister Planet”, a seconda di chi chiedi). Come la Terra, è di natura terrestre (cioè rocciosa), composta da minerali e metalli di silicato che si differenziano tra un nucleo di ferro-nichel e mantello e crosta di silicato. Ma quando si tratta delle rispettive atmosfere e campi magnetici, i nostri due pianeti non potrebbero essere più diversi.

Per qualche tempo, gli astronomi hanno lottato per rispondere al motivo per cui la Terra ha un campo magnetico (che le consente di trattenere un'atmosfera densa) e Venere no. Secondo a nuovo studio condotto da un team internazionale di scienziati, potrebbe avere qualcosa a che fare con un enorme impatto verificatosi in passato. Dal momento che Venere sembra non aver mai subito un tale impatto, non ha mai sviluppato la dinamo necessaria per generare un campo magnetico.

Lo studio, intitolato “ Formazione, stratificazione e mescolanza dei nuclei della Terra e di Venere “, recentemente apparso sulla rivista scientificaLettere Planetarie Terra e Scienza. Lo studio è stato condotto da Seth A. Jacobson della Northwestern University e ha incluso membri dell'Osservatorio de la Côte d'Azur, dell'Università di Bayreuth, del Tokyo Institute of Technology e della Carnegie Institution di Washington.

Gli strati della Terra, che mostrano il nucleo interno ed esterno, il mantello e la crosta. Credito: discovermagazine.com

Per motivi di studio, Jacobson e i suoi colleghi hanno iniziato a considerare come si formano i pianeti terrestri in primo luogo. Secondo i modelli più diffusi di formazione dei pianeti, i pianeti terrestri non si formano in un unico stadio, ma da una serie di eventi di accrescimento caratterizzati da collisioni con planetesimi ed embrioni planetari, la maggior parte dei quali ha un proprio nucleo.

Recenti studi sulla fisica dei minerali ad alta pressione e sulla dinamica orbitale hanno anche indicato che i nuclei planetari sviluppano una struttura stratificata man mano che si accrescono. La ragione di ciò ha a che fare con il modo in cui una maggiore abbondanza di elementi leggeri viene incorporata nel metallo liquido durante il processo, che poi affonderebbe per formare il nucleo del pianeta all'aumentare della temperatura e della pressione.

Un tale nucleo stratificato sarebbe incapace di convezione, che si crede sia ciò che consente il campo magnetico terrestre. Inoltre, tali modelli sono incompatibili con gli studi sismologici che indicano che il nucleo della Terra è costituito principalmente da ferro e nichel, mentre circa il 10% del suo peso è costituito da elementi leggeri, come silicio, ossigeno, zolfo e altri. Il suo nucleo esterno è ugualmente omogeneo e composto più o meno dagli stessi elementi.

Come ha spiegato il Dr. Jacobson a Universe Today via e-mail:

“I pianeti terrestri sono cresciuti da una sequenza di eventi di accrescimento (impatto), quindi anche il nucleo è cresciuto in modo multistadio. La formazione del nucleo a più stadi crea una struttura di densità stratificata stabile a strati nel nucleo perché gli elementi leggeri sono sempre più incorporati nelle aggiunte successive del nucleo. Gli elementi leggeri come O, Si e S si dividono sempre più nei liquidi che formano il nucleo durante la formazione del nucleo quando le pressioni e le temperature sono più alte, quindi gli eventi di formazione del nucleo successivi incorporano più di questi elementi nel nucleo perché la Terra è più grande e le pressioni e le temperature sono quindi più alte .

“Questo stabilisce una stratificazione stabile che impedisce una geodinamo di lunga durata e un campo magnetico planetario. Questa è la nostra ipotesi per Venere. Nel caso della Terra, pensiamo che l'impatto che ha formato la Luna sia stato abbastanza violento da mescolare meccanicamente il nucleo della Terra e consentire a una geodinamo di lunga durata di generare il campo magnetico planetario di oggi'.

Per aumentare questo stato di confusione, sono stati condotti studi paleomagnetici che indicano che il campo magnetico terrestre esiste da almeno 4,2 miliardi di anni (circa 340 milioni di anni dopo la sua formazione). Pertanto, sorge spontanea la domanda su cosa possa spiegare l'attuale stato di convezione e come sia avvenuto. Per il bene del loro studio, Jacobson e il suo team considerano la possibilità che un impatto enorme possa spiegare questo. Come ha indicato Jacobson:

“Gli impatti energetici mescolano meccanicamente il nucleo e quindi possono distruggere la stratificazione stabile. La stratificazione stabile impedisce la convezione che inibisce una geodinamo. La rimozione della stratificazione consente alla dinamo di funzionare.”

In sostanza, l'energia di questo impatto avrebbe scosso il nucleo, creando un'unica regione omogenea all'interno della quale avrebbe potuto operare una geodinamo di lunga durata. Data l'età del campo magnetico terrestre, ciò è coerente con la teoria dell'impatto di Theia, in cui si ritiene che un oggetto delle dimensioni di Marte sia entrato in collisione con la Terra 4,51 miliardi di anni fa e abbia portato alla formazione del Sistema Terra-Luna .

Questo impatto potrebbe aver causato il passaggio del nucleo terrestre da stratificato a omogeneo e, nel corso dei prossimi 300 milioni di anni, le condizioni di pressione e temperatura potrebbero aver causato la differenziazione tra un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Grazie alla rotazione nel nucleo esterno, il risultato è stato un effetto dinamo che ha protetto la nostra atmosfera mentre si formava.

Il concetto artistico di una collisione tra la proto-Terra e Theia, che si ritiene sia avvenuta 4,5 miliardi di anni fa. Credito: NASA

I semi di questa teoria sono stati presentati lo scorso anno al 47a Conferenza di scienze lunari e planetarie a The Woodlands, Texas. Durante una presentazione dal titolo “ Miscelazione dinamica di nuclei planetari da impatti giganti “, Dr. Miki Nakajima di Caltech – uno dei coautori di questo ultimo studio – e David J. Stevenson del Carnegie Institution di Washington. A quel tempo, hanno indicato che la stratificazione del nucleo terrestre potrebbe essere stata ripristinata dallo stesso impatto che ha formato la Luna.

È stato lo studio di Nakajima e Stevenson a mostrare come gli impatti più violenti potrebbero scuotere il nucleo dei pianeti in ritardo nel loro accrescimento. Basandosi su questo, Jacobson e gli altri coautori hanno applicato modelli di come la Terra e Venere si sono accumulate da un disco di solidi e gas attorno a un proto-Sole. Hanno anche applicato calcoli su come la Terra e Venere sono cresciuti, basati sulla chimica del mantello e del nucleo di ciascun pianeta attraverso ogni evento di accrescimento.

Il significato di questo studio, in termini di come si relaziona all'evoluzione della Terra e all'emergere della vita, non può essere sottovalutato. Se la magnetosfera terrestre è il risultato di un impatto energetico tardivo, allora tali impatti potrebbero benissimo essere la differenza tra il nostro pianeta essere abitabile o essere troppo freddo e arido (come Marte) o troppo caldo e infernale (come Venere). Come ha concluso Jacobson:

“I campi magnetici planetari proteggono i pianeti e la vita sul pianeta dalle radiazioni cosmiche dannose. Se per un campo magnetico planetario è necessario un impatto tardivo, violento e gigantesco, un tale impatto potrebbe essere necessario per la vita”.

Guardando oltre il nostro Sistema Solare, questo articolo ha anche implicazioni nello studio dei pianeti extrasolari. Anche qui, la differenza tra un pianeta abitabile o meno può ridursi agli impatti ad alta energia che fanno parte della prima storia del sistema. In futuro, quando si studiano i pianeti extrasolari e si cercano segni di abitabilità, gli scienziati potrebbero essere costretti a fare una semplice domanda: 'È stato colpito abbastanza forte?'

Ulteriori letture: Scienze della Terra e lettere planetarie