Om vele redenen, Venus wordt soms de "tweeling van de aarde" (of "zusterplaneet, " afhankelijk van wie je het vraagt). Net als de aarde, het is aards (d.w.z. rotsachtig) van aard, samengesteld uit silicaatmineralen en metalen die worden onderscheiden tussen een ijzer-nikkelkern en silicaatmantel en korst. Maar als het gaat om hun respectievelijke atmosferen en magnetische velden, onze twee planeten kunnen niet meer van elkaar verschillen.

Al enige tijd, astronomen hebben moeite om te beantwoorden waarom de aarde een magnetisch veld heeft (waardoor het een dikke atmosfeer kan behouden) en Venus niet. Volgens een nieuwe studie uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers, het kan iets te maken hebben met een enorme impact die zich in het verleden heeft voorgedaan. Aangezien Venus nog nooit zo'n impact lijkt te hebben gehad, het heeft nooit de dynamo ontwikkeld die nodig is om een ​​magnetisch veld op te wekken.

De studie, getiteld "Vorming, gelaagdheid, en vermenging van de kernen van de aarde en Venus, " onlangs verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Planetaire letters aarde en wetenschap . De studie werd geleid door Seth A. Jacobson van de Northwestern University, en omvatte leden van het Observatorium de la Côte d'Azur, de Universiteit van Bayreuth, het Tokyo Institute of Technology, en het Carnegie-instituut van Washington.

Ter wille van hun studie, Jacobson en zijn collega's begonnen na te denken over hoe terrestrische planeten zich in de eerste plaats vormen. Volgens de meest algemeen aanvaarde modellen van planeetvorming, aardse planeten worden niet in één enkele fase gevormd, maar van een reeks accretiegebeurtenissen die worden gekenmerkt door botsingen met planetesimalen en planetaire embryo's - waarvan de meeste een eigen kern hebben.

Recente onderzoeken naar minerale fysica onder hoge druk en naar orbitale dynamiek hebben ook aangetoond dat planetaire kernen een gelaagde structuur ontwikkelen terwijl ze aangroeien. De reden hiervoor heeft te maken met hoe tijdens het proces een grotere hoeveelheid lichte elementen in vloeibaar metaal wordt verwerkt, die dan zou zinken om de kern van de planeet te vormen naarmate de temperatuur en de druk toenamen.

Zo'n gelaagde kern zou niet in staat zijn tot convectie, waarvan wordt aangenomen dat het het magnetische veld van de aarde mogelijk maakt. Bovendien, dergelijke modellen zijn onverenigbaar met seismologische studies die aangeven dat de kern van de aarde voornamelijk uit ijzer en nikkel bestaat, terwijl ongeveer 10 procent van het gewicht uit lichte elementen bestaat, zoals silicium, zuurstof, zwavel, en anderen. De buitenste kern is even homogeen, en samengesteld uit vrijwel dezelfde elementen.

Zoals Dr. Jacobson via e-mail aan Universe Today heeft uitgelegd:

"De aardse planeten groeiden uit een opeenvolging van accretionaire (impact) gebeurtenissen, dus de kern groeide ook in meerdere fasen. Kernvorming in meerdere fasen creëert een gelaagde stabiel gelaagde dichtheidsstructuur in de kern omdat lichte elementen in toenemende mate worden opgenomen in latere kerntoevoegingen. Lichte elementen zoals O, Si, en S verdelen zich tijdens de vorming van de kern steeds meer in kernvormende vloeistoffen wanneer de drukken en temperaturen hoger zijn, dus latere kernvormende gebeurtenissen nemen meer van deze elementen op in de kern omdat de aarde groter is en de druk en temperaturen daarom hoger zijn.

"Dit zorgt voor een stabiele gelaagdheid die een langdurige geodynamo en een planetair magnetisch veld voorkomt. Dit is onze hypothese voor Venus. In het geval van de aarde, we denken dat de maanvormende impact gewelddadig genoeg was om de kern van de aarde mechanisch te mengen en een langdurige geodynamo het huidige planetaire magnetische veld te laten genereren."

Om aan deze staat van verwarring toe te voegen, paleomagnetische studies zijn uitgevoerd die aangeven dat het magnetisch veld van de aarde al minstens 4,2 miljard jaar bestaat (ongeveer 340 miljoen jaar nadat het is gevormd). Als zodanig, de vraag rijst natuurlijk wat de huidige staat van convectie zou kunnen verklaren en hoe deze tot stand is gekomen. Ter wille van hun studie, Jacobson en zijn team overwegen de mogelijkheid dat een enorme impact hiervoor kan zorgen. Jacobson gaf aan:

"Energetische effecten mengen mechanisch de kern en kunnen zo stabiele gelaagdheid vernietigen. Stabiele gelaagdheid voorkomt convectie die een geodynamo remt. Door de gelaagdheid te verwijderen, kan de dynamo werken."

In principe, de energie van deze impact zou de kern door elkaar hebben geschud, het creëren van één homogeen gebied waarbinnen een langdurige geodynamo zou kunnen opereren. Gezien de ouderdom van het aardmagnetisch veld, dit is consistent met de Theia-impacttheorie, waar wordt aangenomen dat een object ter grootte van Mars 4,51 miljard jaar geleden met de aarde is gebotst en heeft geleid tot de vorming van het aarde-maansysteem.

Deze impact kan ertoe hebben geleid dat de kern van de aarde van gelaagd naar homogeen is geworden, en in de loop van de volgende 300 miljoen jaar, druk- en temperatuuromstandigheden hadden ertoe kunnen leiden dat er onderscheid werd gemaakt tussen een vaste binnenkern en een vloeibare buitenkern. Dankzij rotatie in de buitenste kern, het resultaat was een dynamo-effect dat onze atmosfeer beschermde terwijl deze zich vormde.

De kiemen van deze theorie werden vorig jaar gepresenteerd op de 47e Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas. Tijdens een presentatie getiteld "Dynamical Mixing of Planetary Cores by Giant Impacts, " Dr. Miki Nakajima van Caltech - een van de co-auteurs van deze laatste studie - en David J. Stevenson van de Carnegie Institution of Washington. Destijds, ze gaven aan dat de gelaagdheid van de kern van de aarde mogelijk opnieuw is ingesteld door dezelfde impact die de maan heeft gevormd.

Het was de studie van Nakajima en Stevenson die aantoonde hoe de meest gewelddadige inslagen de kern van planeten laat in hun accretie konden beroeren. Hierop voortbouwend, Jacobson en de andere co-auteurs pasten modellen toe van hoe de aarde en Venus opstegen uit een schijf van vaste stoffen en gas rond een proto-zon. Ze hebben ook berekeningen toegepast van hoe de aarde en Venus groeiden, gebaseerd op de chemie van de mantel en de kern van elke planeet door elke accretiegebeurtenis.

Het belang van deze studie, in termen van hoe het zich verhoudt tot de evolutie van de aarde en het ontstaan ​​van leven, kan niet worden onderschat. Als de magnetosfeer van de aarde het resultaat is van een late energetische impact, dan zouden zulke inslagen heel goed het verschil kunnen zijn tussen bewoonbaar zijn of te koud en dor (zoals Mars) of te heet en hels (zoals Venus). Zoals Jacobson concludeerde:

"Planetaire magnetische velden beschermen planeten en het leven op de planeet tegen schadelijke kosmische straling. Als een late, gewelddadige en gigantische impact nodig is voor een planetair magnetisch veld, dan kan zo'n impact nodig zijn voor het leven."

Als we verder kijken dan ons zonnestelsel, dit artikel heeft ook implicaties voor de studie van extra-solaire planeten. Hier ook, het verschil of een planeet bewoonbaar is of niet, kan te maken hebben met hoge-energetische effecten die deel uitmaken van de vroege geschiedenis van het systeem. In de toekomst, bij het bestuderen van extra-solaire planeten en het zoeken naar tekenen van bewoonbaarheid, wetenschappers kunnen heel goed worden gedwongen om één simpele vraag te stellen:"Was het hard genoeg getroffen?"