Een nieuwe studie betwist de heersende hypothese waarom Mercurius een grote kern heeft ten opzichte van zijn mantel (de laag tussen de kern en de korst van een planeet). Al decenia, wetenschappers voerden aan dat vluchtige botsingen met andere lichamen tijdens de vorming van ons zonnestelsel een groot deel van de rotsachtige mantel van Mercurius hebben weggeblazen en de grote, gespannen, metalen kern binnen. Maar nieuw onderzoek onthult dat botsingen niet de schuld zijn - het magnetisme van de zon wel.

William Mc Donough, een professor in de geologie aan de Universiteit van Maryland, en Takashi Yoshizaki van Tohoku University ontwikkelden een model dat aantoont dat de dichtheid, massa en ijzergehalte van de kern van een rotsachtige planeet worden beïnvloed door de afstand tot het magnetische veld van de zon. Het artikel waarin het model wordt beschreven, is op 2 juli gepubliceerd, 2021, in het journaal Vooruitgang in aard- en planetaire wetenschap .

"De vier binnenplaneten van ons zonnestelsel - Mercurius, Venus, Aarde en Mars - bestaan ​​uit verschillende verhoudingen van metaal en steen, "Zei McDonough. "Er is een gradiënt waarin het metaalgehalte in de kern afneemt naarmate de planeten verder van de zon komen. Ons artikel legt uit hoe dit gebeurde door aan te tonen dat de verdeling van grondstoffen in het vroeg gevormde zonnestelsel werd gecontroleerd door het magnetische veld van de zon."

McDonough ontwikkelde eerder een model voor de samenstelling van de aarde dat veel wordt gebruikt door planetaire wetenschappers om de samenstelling van exoplaneten te bepalen. (Zijn baanbrekende artikel over dit werk is meer dan 8 geciteerd, 000 keer.)

Het nieuwe model van McDonough laat zien dat tijdens de vroege vorming van ons zonnestelsel, toen de jonge zon werd omringd door een wervelende wolk van stof en gas, IJzerkorrels werden door het magnetische veld van de zon naar het centrum getrokken. Toen de planeten zich begonnen te vormen uit klonten van dat stof en gas, planeten dichter bij de zon hebben meer ijzer in hun kernen opgenomen dan die verder weg.

De onderzoekers ontdekten dat de dichtheid en het aandeel ijzer in de kern van een rotsachtige planeet correleert met de sterkte van het magnetische veld rond de zon tijdens planetaire vorming. Hun nieuwe studie suggereert dat magnetisme moet worden meegenomen in toekomstige pogingen om de samenstelling van rotsachtige planeten te beschrijven, inclusief die buiten ons zonnestelsel.

De samenstelling van de kern van een planeet is belangrijk voor het vermogen om leven te ondersteunen. Op aarde, bijvoorbeeld, een gesmolten ijzeren kern creëert een magnetosfeer die de planeet beschermt tegen kankerverwekkende kosmische straling. De kern bevat ook het grootste deel van het fosfor van de planeet, wat een belangrijke voedingsstof is voor het in stand houden van op koolstof gebaseerd leven.

Met behulp van bestaande modellen van planetaire vorming, McDonough bepaalde de snelheid waarmee gas en stof tijdens de vorming in het centrum van ons zonnestelsel werden getrokken. Hij hield rekening met het magnetische veld dat door de zon zou zijn gegenereerd toen deze tot stand kwam en berekende hoe dat magnetische veld ijzer door de stof- en gaswolk zou trekken.

Toen het vroege zonnestelsel begon af te koelen, stof en gas dat niet in de zon werd gezogen, begonnen samen te klonteren. De bosjes dichter bij de zon zouden zijn blootgesteld aan een sterker magnetisch veld en zouden dus meer ijzer bevatten dan die verder weg van de zon. Terwijl de klonten samensmolten en afkoelden tot draaiende planeten, zwaartekracht trokken het ijzer in hun kern.

Toen McDonough dit model opnam in berekeningen van planetaire vorming, het onthulde een gradiënt in metaalgehalte en dichtheid die perfect overeenkomt met wat wetenschappers weten over de planeten in ons zonnestelsel. Mercurius heeft een metalen kern die ongeveer driekwart van zijn massa uitmaakt. De kernen van de aarde en Venus zijn slechts ongeveer een derde van hun massa, en Mars, de buitenste van de rotsachtige planeten, heeft een kleine kern die slechts ongeveer een kwart van zijn massa is.

Dit nieuwe begrip van de rol die magnetisme speelt bij de vorming van planeten zorgt voor een knik in de studie van exoplaneten, omdat er momenteel geen methode is om de magnetische eigenschappen van een ster te bepalen op basis van waarnemingen op aarde. Wetenschappers leiden de samenstelling van een exoplaneet af op basis van het spectrum van licht dat door zijn zon wordt uitgestraald. Verschillende elementen in een ster zenden straling uit in verschillende golflengten, dus het meten van die golflengten onthult wat de ster, en vermoedelijk de planeten eromheen, zijn gemaakt van.

"Je kunt niet meer zomaar zeggen:'Oh, de samenstelling van een ster ziet er zo uit, dus de planeten eromheen moeten er zo uitzien, ' zei McDonough. 'Nu moet je zeggen, 'Elke planeet zou meer of minder ijzer kunnen hebben op basis van de magnetische eigenschappen van de ster in de vroege groei van het zonnestelsel.'"

De volgende stappen in dit werk zullen voor wetenschappers zijn om een ​​ander planetenstelsel zoals het onze te vinden - een met rotsachtige planeten verspreid over grote afstanden van hun centrale zon. Als de dichtheid van de planeten daalt terwijl ze uit de zon stralen zoals in ons zonnestelsel, onderzoekers konden deze nieuwe theorie bevestigen en concluderen dat een magnetisch veld de vorming van planeten beïnvloedde.

Het onderzoeksrapport, "Composities van aardse planeten gecontroleerd door het magnetische veld van de accretieschijf, "McDonough, W.F. en Yoshizaki, T., werd op 2 juli gepubliceerd, 2021, in het journaal Vooruitgang in aard- en planetaire wetenschap .