Hebben wetenschappers het mis over de planeet Mercurius? Haar grote ijzeren hart kan te wijten zijn aan magnetisme!

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Maryland toont aan dat de nabijheid van het magnetische veld van de zon de interne structuur van de planeet bepaalt.

Een nieuwe studie is in tegenspraak met de heersende hypothese over waarom Mercurius een grote kern heeft ten opzichte van zijn atmosfeer (de laag tussen de kern en de korst van de planeet). Decennialang hebben wetenschappers betoogd dat botsingen met andere lichamen tijdens de vorming van ons zonnestelsel een groot deel van de rotsachtige mantel van Mercurius hebben weggeblazen en de grote, dichte minerale kern binnenin hebben achtergelaten. Maar nieuw onderzoek onthult dat de botsingen niet de schuld zijn – het magnetisme van de zon is de schuld.

William McDonough, hoogleraar 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 dat het model beschrijft, werd op 2 juli 2021 gepubliceerd in het tijdschrift Vooruitgang in aard- en planetaire wetenschappen.

“De vier binnenste planeten van ons zonnestelsel – Mercurius, Venus, Aarde en Mars – zijn gemaakt van verschillende verhoudingen van metaal en steen”, zei McDonough. “Er is een gradiënt waarin het mineraalgehalte van de kern afneemt naarmate de planeten zich van de zon verwijderen. Ons artikel legt uit hoe dit gebeurde door aan te tonen dat de verdeling van grondstoffen in het vroege zonnestelsel werd gecontroleerd door het magnetische veld van de zon. ”

McDonough ontwikkelde eerder een model van aardvorming dat planetaire wetenschappers vaak gebruiken om de samenstelling van exoplaneten te bepalen. (Zijn baanbrekende artikel over dit werk is meer dan 8000 keer geciteerd.)

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 naar het centrum werden getrokken door het magnetische veld van de zon. Toen planeten zich begonnen te vormen uit klonten van dit stof en gas, smolten planeten dichter bij de zon meer ijzer in hun kernen dan die verder weg.

De onderzoekers ontdekten dat de dichtheid en het ijzergehalte van de kern van een rotsachtige planeet correleert met de sterkte van het magnetische veld rond de zon tijdens de planeetvorming. Hun nieuwe studie suggereert dat er rekening moet worden gehouden met magnetisme bij toekomstige pogingen om de vorming van rotsachtige planeten te beschrijven, ook die buiten ons zonnestelsel.

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

Met behulp van de huidige modellen van planeetvorming bepaalde McDonough de snelheid waarmee gas en stof naar het centrum van ons zonnestelsel wordt getrokken terwijl het zich aan het vormen was. Hij hield rekening met het magnetische veld dat de zon zou hebben gegenereerd toen deze explodeerde en berekende hoe dit magnetische veld ijzer door de wolk van stof en gas zou trekken.

Toen het vroege zonnestelsel begon af te koelen, begonnen stof en gas die niet door de zon waren aangetrokken samen te klonteren. Massa’s dichter bij de zon kunnen worden blootgesteld aan een sterker magnetisch veld en zullen daarom meer ijzer bevatten dan die verder van de zon. Terwijl de klonten samensmelten en afkoelen tot roterende planeten, trekken zwaartekrachten ijzer naar hun kern.

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

Dit nieuwe begrip van de rol die magnetisme speelt bij de vorming van planeten vormt een obstakel in de studie van exoplaneten, omdat er momenteel geen manier 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 met verschillende golflengten, dus het meten van die golflengten onthult waaruit de ster is gemaakt, en vermoedelijk de planeten eromheen.

“Je kunt niet langer gewoon zeggen: ‘Oh, de samenstelling van de ster ziet er zo uit’, dus de planeten eromheen zouden er zo moeten uitzien,” zei McDonough. “Nu moet je zeggen: ‘Elke planeet kan meer of minder ijzer op basis van magnetische eigenschappen van een ster in de vroege groei van het zonnestelsel.

De volgende stappen in dit werk zijn dat wetenschappers een ander planetenstelsel zoals het onze vinden – een met rotsachtige planeten die op grote afstanden van de centrale zon zijn verspreid. Als de dichtheid van de planeten afneemt wanneer ze van de zon vertrekken, zoals in ons zonnestelsel, kunnen de onderzoekers deze nieuwe theorie bevestigen en concluderen dat het magnetische veld de vorming van de planeten beïnvloedde.

Referentie: “Terrestrische planetaire composities gecontroleerd door het magnetische veld van de accretieschijf” Door William F. McDonough en Takashi Yoshizaki, 2 juli 2021 Hier beschikbaar Vooruitgang in aard- en planetaire wetenschappen.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4