Wetenschappers zijn al lang geïntrigeerd door de oppervlakken van andere aardse lichamen dan de aarde, die diepe overeenkomsten onthullen onder hun oppervlakkig verschillende vulkanische en tektonische geschiedenissen.

Een team van wetenschappers van NASA, Hampton University en de University of Hong Kong stellen een nieuwe manier voor om de koeling en overdracht van warmte van terrestrische planetaire interieurs te begrijpen en hoe dat de vorming van de vulkanische terreinen beïnvloedt die de rotsachtige planeten domineren. Gebaseerd op de huidige dynamiek van de getijdeverwarmde maan van Jupiter, Io, de wetenschappers veronderstellen dat de geologische geschiedenis van de terrestrische lichamen van het zonnestelsel, specifiek Mercurius, Venus, Maan en Mars, zijn consistent met een manier van vroege planetaire evolutie waarbij warmtepijpen betrokken zijn. Ze stellen verder voor dat koeling door middel van heatpipes een universeel proces is dat de gemeenschappelijke kenmerken van de oppervlakten van terrestrische planeten kan verklaren.

De bevindingen van het team worden besproken in een paper dat onlangs is gepubliceerd in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven .

"Wij geloven dat het concept van een heat-pipe-modus van planeetvorming belangrijk is en zal helpen bij het verklaren van de evolutie van alle rotsachtige planeten, " zei dr. Justin Simon, NASA Planetaire Wetenschapper, Centrum voor Isotopen Kosmochemie en Geochronologie in de Astromaterials Research and Exploration Science Division bij NASA's Johnson Space Center in Houston, Texas en een van de co-auteurs van het artikel. "Als blijkt dat het juist is, het zal worden besproken samen met de theorieën van platentektoniek, planetaire 'magma oceanen' en de 'gigantische impact theorie voor de oorsprong van de maan.'"

De wetenschappers veronderstellen dat heatpipe-koeling betrokken was bij de evolutie van alle terrestrische planeten, inclusief de vroege aarde, en de overgang vertegenwoordigt van de magma-oceaan naar de tektonische modi van planetaire evolutie met star deksel of platen. Warmtepijpen transporteren warmte van het binnenste naar het oppervlak via het smelten van de mantel en het opstijgen van magma. De resulterende uitbarstingen leiden tot wereldwijde vulkanische resurfacing waarbij oudere vulkanische lagen geleidelijk worden begraven en naar beneden geduwd om dikke, koude en sterke mechanische lithosferen.

De auteurs bespreken de waarnemingen die relevant zijn voor de vorming van de oppervlakken van elk van de terrestrische planeten en de huidige modellen die zijn voorgesteld om ze te verklaren. Vervolgens bespreken ze de belangrijkste openstaande problemen en laten ze zien hoe de heatpipe-hypothese deze op een consistente manier over alle planeten kan oplossen.

"De terrestrische lichamen in ons zonnestelsel zien er zo verschillend uit dat de klassieke opvatting is dat ze allemaal anders zijn gevormd, althans wat betreft het maken van hun buitenste schil. Als onze analyse waardevol is, het wijst in de richting van een universeel model voor de vroege ontwikkeling van terrestrische planeten, in ons zonnestelsel en daarbuiten, " zei Dr. Alexander Webb, Collega Professor, De Universiteit van Hongkong.

De auteurs merken op dat Mercurius vroeg in zijn evolutie wereldwijd weer boven water kwam door vulkaanuitbarstingen die gladde vlaktes verdrongen met weinig herkenbare uitbarstingscentra. De auteurs concluderen dat de geologische waarnemingen van de planeet wijzen op een episode van warmtepijpen die iets minder dan de eerste miljard jaar van Mercurius' evolutie in werking waren. Het oppervlak van Venus wordt ook gedomineerd door lava's met brede vlaktes die bestaan ​​uit talrijke stromen die honderden kilometers overspannen op een lage helling met weinig herkenbare bronstructuren. Venus vertoont niet voldoende vulkanische flux om momenteel actieve heat-pipe-koeling te ervaren, maar de auteurs concluderen dat de dikke, stagnerende lithosferische deksel is een overblijfsel van de werking van de warmtepijp die enkele honderden miljoenen jaren geleden snel stopte.

Een van de belangrijkste oppervlaktekenmerken op Mars zijn de grote vulkanen, oude kratergebieden en de tweedeling van de aardkorst tussen het verhoogde zuidelijk halfrond en het depressieve noordelijk halfrond. Het blijft onduidelijk welke processen verantwoordelijk waren voor de vorming van de dichotomie, maar de auteurs concluderen dat een sterke oude lithosfeer gecreëerd door heatpipe-vulkanisme zou hebben bijgedragen aan het behoud van dit oude kenmerk. evenzo, de maan valt op door een vorm die dramatisch uit hydrostatisch evenwicht is, maar het behouden van een onevenwichtige vorm vereist een sterke, vroeggevormde lithosfeer. De auteurs stellen dat een sterke lithosfeer precies het verwachte gedrag is van een lichaam dat afkoeling door een heatpipe ervaart.

Het team bracht geologische, geochemisch en geochronologisch bewijs van de terrestrische lichamen in ons zonnestelsel om aan te tonen dat warmtepijpen mogelijk het primaire mechanisme voor korstvorming en weer opduiken hebben geleverd. De heat-pipe-hypothese biedt een uniforme verklaring voor gemeenschappelijke kenmerken van de bekende terrestrische planeten die geen platentektoniek hebben ondergaan en moeten worden beschouwd als een belangrijk aspect van hun evolutie.

"De ontwikkeling van deze theorie is een geweldig voorbeeld van hoe de verkenning van onze planetaire buren, in dit geval [de maan van Jupiter] Io, heeft geleid tot een dieper begrip van zowel de aarde als rotsachtige planeten in de melkweg, " zei dr. William Moore, hoogleraar atmosferische en planetaire wetenschappen, Hampton-universiteit, VS.

Warmtepijpen zouden ook moeten voorkomen op rotsachtige exoplaneten die rond andere sterren draaien. Een planeet die twee keer zo zwaar is als de aarde zou meer dan twee keer zo lang nodig hebben om af te koelen, omdat het oppervlak niet zo snel groeit als de massa. Voor grote exoplaneten, de levensduur van de heat-pipe-modus kan de levensduur van zonachtige moedersterren overschrijden en dus kan een volgende plaattektonische fase nooit worden waargenomen. Deze studie dwingt ons om onze verwachtingen van wat voor soort oppervlakken en atmosferen we kunnen verwachten te heroverwegen als we onze verkenning van andere zonnestelsels uitbreiden.