Per molte ragioni, Venere viene talvolta definita "Gemella della Terra" (o "Pianeta Sorella", a seconda di chi chiedi). Come la Terra, è di natura terrestre (cioè rocciosa), composta da minerali di silicato e metalli 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 faticato a rispondere al motivo per cui la Terra ha un campo magnetico (che le consente di mantenere un'atmosfera densa) e Venere no. Secondo un nuovo studio condotto da un team internazionale di scienziati, potrebbe avere qualcosa a che fare con un impatto enorme che si è verificato in passato. Poiché Venere sembra non aver mai avuto un tale impatto, non ha mai sviluppato la dinamo necessaria per generare un campo magnetico.
Lo studio, intitolato "Formazione, stratificazione e miscelazione dei nuclei di Terra e Venere", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Lettere planetarie di scienza e terra. Lo studio è stato condotto da Seth A. Jacobson della Northwestern University e ha incluso membri dell'Osservatorio della Costa Azzurra, dell'Università di Bayreuth, del Tokyo Institute of Technology e della Carnegie Institution di Washington.
Per motivi di studio, Jacobson e i suoi colleghi hanno iniziato a considerare come si formano i pianeti terrestri. Secondo i modelli più ampiamente accettati 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 nuclei propri.
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 accedono. La ragione di ciò ha a che fare con il modo in cui una maggiore abbondanza di elementi luminosi viene incorporata nel metallo liquido durante il processo, che quindi affonderebbe per formare il nucleo del pianeta all'aumentare della temperatura e della pressione.
Un nucleo così stratificato sarebbe incapace di convezione, che si ritiene 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 nucleo esterno è allo stesso modo omogeneo e composto praticamente dagli stessi elementi.
Come ha spiegato il Dr. Jacobson a Space Magazine via e-mail:
“I pianeti terrestri sono nati da una sequenza di eventi di accrescimento (impatto), quindi anche il nucleo è cresciuto in modo multi-stadio. La formazione di nuclei a più stadi crea una struttura di densità stratificata stabilmente stratificata nel nucleo perché gli elementi luminosi sono sempre più incorporati nelle aggiunte successive del nucleo. Elementi leggeri come O, Si e S si dividono sempre più in liquidi formanti il nucleo durante la formazione del nucleo quando le pressioni e le temperature sono più alte, quindi eventi di formazione del nucleo incorporano più di questi elementi nel nucleo perché la Terra è più grande e quindi le pressioni e le temperature sono più alte .
“Ciò stabilisce una stratificazione stabile che impedisce una geodynamo di lunga durata e un campo magnetico planetario. Questa è la nostra ipotesi per Venere. Nel caso della Terra, pensiamo che l'impatto che forma la Luna sia stato abbastanza violento da mescolare meccanicamente il nucleo della Terra e consentire a una geodynamo di lunga durata di generare il campo magnetico planetario di oggi. "
Per aggiungere a 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 potrebbe spiegare lo stato attuale della convezione e come è avvenuto. Per motivi di studio, Jacobson e il suo team considerando la possibilità che un impatto enorme possa spiegarlo. Come indicato da Jacobson:
“Gli impatti energetici mescolano meccanicamente il nucleo e quindi possono distruggere una stratificazione stabile. La stratificazione stabile impedisce la convezione che inibisce una geodynamo. La rimozione della stratificazione consente alla dinamo di funzionare. "
Fondamentalmente, l'energia di questo impatto avrebbe scosso il nucleo, creando un'unica regione omogenea all'interno della quale una geodynamo di lunga durata potrebbe operare. Data l'età del campo magnetico terrestre, ciò è coerente con la teoria dell'impatto di Theia, dove si ritiene che un oggetto delle dimensioni di Marte si sia scontrato con la Terra 4,51 miliardi di anni fa e abbia portato alla formazione del sistema Terra-Luna.
Questo impatto avrebbe potuto far sì che il nucleo della Terra passasse da stratificato a omogeneo e, nel corso dei successivi 300 milioni di anni, le condizioni di pressione e temperatura avrebbero potuto indurlo a distinguere tra un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Grazie alla rotazione nel nucleo esterno, il risultato fu un effetto dinamo che proteggeva la nostra atmosfera mentre si formava.
I semi di questa teoria sono stati presentati l'anno scorso alla 47a Conferenza sulla scienza lunare e planetaria a The Woodlands, in Texas. Durante una presentazione intitolata "Miscelazione dinamica di nuclei planetari di Giant Impacts", la dott.ssa Miki Nakajima di Caltech - uno dei coautori di questo ultimo studio - e David J. Stevenson del Carnegie Institution di Washington. All'epoca, 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 dimostrare come gli impatti più violenti possano mescolare il nucleo dei pianeti in ritardo nella loro crescita. Basandosi su questo, Jacobson e gli altri co-autori hanno applicato modelli di come Terra e Venere si sono accumulate da un disco di solidi e gas attorno a un proto-Sole. Hanno anche applicato i calcoli di come sono cresciute la Terra e Venere, in base alla chimica del mantello e del nucleo di ciascun pianeta attraverso ogni evento di accrescimento.
Il significato di questo studio, in termini di relazione con l'evoluzione della Terra e l'emergere della vita, non può essere sottovalutato. Se la magnetosfera terrestre è il risultato di un impatto energetico tardivo, tali impatti potrebbero benissimo essere la differenza tra il nostro pianeta essendo abitabile o 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 un impatto tardivo, violento e gigantesco è necessario per un campo magnetico planetario, un tale impatto potrebbe essere necessario per la vita. "
Guardando oltre il nostro Sistema Solare, questo documento ha anche implicazioni nello studio dei pianeti extra-solari. Anche qui, la differenza tra un pianeta che è abitabile o no può dipendere da impatti ad alta energia che fanno parte della storia antica del sistema. In futuro, quando studiano pianeti extra-solari e cercano segni di abitabilità, gli scienziati potrebbero benissimo essere costretti a porre una semplice domanda: "È stato colpito abbastanza duramente?"
