Erde und Venus haben die gleiche Größe, warum hat die Venus keine Magnetosphäre? Vielleicht wurde es nicht hart genug zertrümmert

Aus vielen Gründen wird Venus manchmal als „ Zwilling der Erde “ (oder „Sister Planet“, je nachdem, wen Sie fragen). Wie die Erde ist sie von Natur aus terrestrisch (d. Aber was ihre jeweilige Atmosphäre und ihr Magnetfeld betrifft, könnten unsere beiden Planeten nicht unterschiedlicher sein.

Seit einiger Zeit haben Astronomen Mühe zu beantworten, warum die Erde ein Magnetfeld hat (das es ihr ermöglicht, eine dicke Atmosphäre beizubehalten) und die Venus nicht. nach a neue Studie von einem internationalen Wissenschaftlerteam durchgeführt wird, könnte es etwas mit massiven Auswirkungen in der Vergangenheit zu tun haben. Da die Venus anscheinend noch nie einen solchen Einschlag erlitten hat, hat sie nie den Dynamo entwickelt, der benötigt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

Die Studie mit dem Titel „ Bildung, Schichtung und Vermischung der Kerne von Erde und Venus “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftPlanetare Buchstaben von Erde und Wissenschaft. Die Studie wurde von Seth A. Jacobson von der Northwestern University geleitet und umfasste Mitglieder des Observatory de la Côte d’Azur, der Universität Bayreuth, des Tokyo Institute of Technology und der Carnegie Institution of Washington.

Die Erdschichten, die den inneren und äußeren Kern, den Mantel und die Kruste zeigen. Bildnachweis: Discovermagazine.com

Für ihre Studie begannen Jacobson und seine Kollegen zu überlegen, wie terrestrische Planeten überhaupt entstehen. Nach den am weitesten verbreiteten Modellen der Planetenentstehung entstehen terrestrische Planeten nicht in einem einzigen Stadium, sondern aus einer Reihe von Akkretionsereignissen, die durch Kollisionen mit Planetesimalen und planetarischen Embryonen gekennzeichnet sind – von denen die meisten einen eigenen Kern haben.

Neuere Studien zur Hochdruckmineralphysik und zur Orbitaldynamik haben auch gezeigt, dass planetarische Kerne bei ihrer Akkretion eine geschichtete Struktur entwickeln. Der Grund dafür liegt darin, dass während des Prozesses eine größere Menge leichter Elemente in flüssiges Metall eingebaut wird, das dann mit steigender Temperatur und steigendem Druck zum Kern des Planeten absinken würde.

Ein solcher geschichteter Kern wäre nicht in der Lage, Konvektion zu erzeugen, von der angenommen wird, dass sie das Erdmagnetfeld ermöglicht. Darüber hinaus sind solche Modelle nicht mit seismologischen Studien kompatibel, die darauf hinweisen, dass der Erdkern hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht, während etwa 10 % seines Gewichts aus leichten Elementen wie Silizium, Sauerstoff, Schwefel und anderen besteht. Sein äußerer Kern ist ähnlich homogen und besteht aus den gleichen Elementen.

Wie Dr. Jacobson Universe Today per E-Mail erklärte:

„Die terrestrischen Planeten wuchsen aus einer Folge von Akkretions-(Einschlags-)Ereignissen, also wuchs auch der Kern mehrstufig. Durch die mehrstufige Kernbildung entsteht im Kern eine geschichtete stabil geschichtete Dichtestruktur, da bei späteren Kernzusätzen vermehrt leichte Elemente eingebaut werden. Leichte Elemente wie O, Si und S teilen sich während der Kernbildung bei höheren Drücken und Temperaturen zunehmend in kernbildende Flüssigkeiten auf .

„Dadurch entsteht eine stabile Schichtung, die einen lang anhaltenden Geodynamo und ein planetarisches Magnetfeld verhindert. Dies ist unsere Hypothese für Venus. Im Fall der Erde glauben wir, dass der mondbildende Einschlag heftig genug war, um den Erdkern mechanisch zu vermischen und es einem langlebigen Geodynamo zu ermöglichen, das heutige planetarische Magnetfeld zu erzeugen.“

Um diese Verwirrung noch zu verstärken, wurden paläomagnetische Studien durchgeführt, die zeigen, dass das Magnetfeld der Erde seit mindestens 4,2 Milliarden Jahren existiert (ungefähr 340 Millionen Jahre nach seiner Entstehung). Da stellt sich natürlich die Frage, was den aktuellen Konvektionszustand erklären könnte und wie er zustande kam. Für ihre Studie erwägen Jacobson und sein Team die Möglichkeit, dass eine massive Auswirkung dies erklären könnte. Wie Jacobson sagte:

„Energetische Einwirkungen vermischen den Kern mechanisch und können so eine stabile Schichtung zerstören. Stabile Schichtung verhindert Konvektion, die einen Geodynamo hemmt. Durch das Entfernen der Schichtung kann der Dynamo betrieben werden.“

Im Grunde hätte die Energie dieses Einschlags den Kern erschüttert und eine einzige homogene Region geschaffen, in der ein langlebiger Geodynamo operieren könnte. Angesichts des Alters des Erdmagnetfelds steht dies im Einklang mit der Theia-Impakttheorie, nach der ein Objekt von der Größe des Mars vor 4,51 Milliarden Jahren mit der Erde kollidiert und zur Bildung des Erde-Mond-System .

Dieser Einschlag könnte dazu geführt haben, dass der Erdkern von geschichtet zu homogen übergegangen ist, und im Laufe der nächsten 300 Millionen Jahre könnten Druck- und Temperaturbedingungen dazu geführt haben, dass er zwischen einem festen inneren Kern und einem flüssigen äußeren Kern unterscheidet. Dank Rotation im äußeren Kern entstand ein Dynamoeffekt, der unsere Atmosphäre bei ihrer Entstehung schützte.

Künstlerisches Konzept einer Kollision zwischen Proto-Erde und Theia, von der angenommen wird, dass sie vor 4,5 Milliarden Jahren stattfand. Bildnachweis: NASA

Die Saat dieser Theorie wurde letztes Jahr auf der 47. Mond- und Planetenwissenschaftskonferenz in The Woodlands, Texas. Während einer Präsentation mit dem Titel „ Dynamische Vermischung planetarer Kerne durch Rieseneinschläge “, Dr. Miki Nakajima von Caltech – einer der Co-Autoren dieser neuesten Studie – und David J. Stevenson von der Carnegie Institution of Washington. Damals deuteten sie an, dass die Schichtung des Erdkerns durch denselben Einschlag, der den Mond bildete, zurückgesetzt worden sein könnte.

Es war die Studie von Nakajima und Stevenson, die zeigte, wie die heftigsten Einschläge den Kern der Planeten spät während ihrer Akkretion aufrütteln können. Darauf aufbauend wandten Jacobson und die anderen Co-Autoren Modelle an, wie Erde und Venus aus einer Scheibe aus Feststoffen und Gas um eine Proto-Sonne akkretiert wurden. Sie berechneten auch, wie Erde und Venus wuchsen, basierend auf der Chemie des Mantels und Kerns jedes Planeten bei jedem Akkretionsereignis.

Die Bedeutung dieser Studie in Bezug auf die Entwicklung der Erde und die Entstehung von Leben kann nicht unterschätzt werden. Wenn die Magnetosphäre der Erde das Ergebnis eines späten energetischen Einschlags ist, dann könnten solche Einschläge sehr wohl der Unterschied sein, ob unser Planet bewohnbar oder entweder zu kalt und trocken (wie der Mars) oder zu heiß und höllisch (wie die Venus) ist. Wie Jacobson schloss:

„Planetäre Magnetfelder schützen Planeten und das Leben auf dem Planeten vor schädlicher kosmischer Strahlung. Wenn für ein planetarisches Magnetfeld ein später, heftiger und riesiger Einschlag notwendig ist, dann kann ein solcher Einschlag für das Leben notwendig sein.“

Wenn wir über unser Sonnensystem hinausblicken, hat dieses Papier auch Auswirkungen auf die Erforschung extrasolaren Planeten. Auch hier kann der Unterschied, ob ein Planet bewohnbar ist oder nicht, darauf zurückzuführen sein, dass hochenergetische Einschläge Teil der frühen Geschichte des Systems sind. Wenn Wissenschaftler extrasolare Planeten untersuchen und nach Anzeichen für eine Bewohnbarkeit suchen, werden Wissenschaftler in Zukunft möglicherweise gezwungen sein, eine einfache Frage zu stellen: „War es hart genug getroffen?“

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