Per molte ragioni, Venere è a volte indicata come "gemello della Terra" (o "pianeta gemello, " a seconda di chi chiedi). Come la Terra, è di natura terrestre (cioè rocciosa), composto da minerali e metalli di silicato 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 un po 'di tempo, gli astronomi hanno faticato a rispondere al motivo per cui la Terra ha un campo magnetico (che le consente di trattenere 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. Dal momento che Venere sembra non aver mai subito un tale impatto, non ha mai sviluppato la dinamo necessaria per generare un campo magnetico.

Lo studio, intitolato "Formazione, stratificazione, e mescolando i nuclei della Terra e di Venere, " recentemente apparso sulla rivista scientifica Lettere Planetarie Terra e Scienza . Lo studio è stato condotto da Seth A. Jacobson della Northwestern University, e comprendeva membri dell'Osservatorio de la Côte d'Azur, l'Università di Bayreuth, l'Istituto di tecnologia di Tokyo, e la Carnegie Institution di Washington.

Per il loro studio, Jacobson e i suoi colleghi hanno iniziato a considerare come si formano i pianeti terrestri in primo luogo. Secondo i modelli più diffusi 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 un proprio nucleo.

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 si accrescono. La ragione di ciò ha a che fare con il modo in cui una maggiore abbondanza di elementi leggeri viene incorporata con il metallo liquido durante il processo, che poi affonderebbe per formare il nucleo del pianeta all'aumentare della temperatura e della pressione.

Un tale nucleo stratificato sarebbe incapace di convezione, che si crede sia ciò che consente il campo magnetico terrestre. Cosa c'è di più, tali modelli sono incompatibili con studi sismologici che indicano che il nucleo terrestre è costituito principalmente da ferro e nichel, mentre circa il 10 percento del suo peso è costituito da elementi leggeri – come silicio, ossigeno, zolfo, e altri. Il suo nucleo esterno è ugualmente omogeneo, e composto più o meno dagli stessi elementi.

Come ha spiegato il Dr. Jacobson a Universe Today via e-mail:

"I pianeti terrestri sono cresciuti da una sequenza di eventi di accrescimento (impatto), quindi anche il nucleo è cresciuto in più fasi. La formazione del nucleo a più stadi crea una struttura di densità stratificata stabile a strati nel nucleo perché gli elementi leggeri sono sempre più incorporati nelle aggiunte successive del nucleo. Elementi leggeri come O, si, e S si ripartiscono sempre più nei liquidi che formano il nucleo durante la formazione del nucleo quando le pressioni e le temperature sono più elevate, quindi gli eventi successivi di formazione del nucleo incorporano più di questi elementi nel nucleo perché la Terra è più grande e le pressioni e le temperature sono quindi più alte.

"Questo stabilisce una stratificazione stabile che impedisce una geodinamo di lunga durata e un campo magnetico planetario. Questa è la nostra ipotesi per Venere. Nel caso della Terra, pensiamo che l'impatto della formazione della luna sia stato abbastanza violento da mescolare meccanicamente il nucleo della Terra e consentire a una geodinamo 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). Come tale, sorge spontanea la domanda su cosa possa spiegare l'attuale stato di convezione e come sia avvenuto. Per il loro studio, Jacobson e il suo team considerano la possibilità che un impatto enorme possa spiegare questo. Jacobson ha indicato:

"Gli impatti energetici mescolano meccanicamente il nucleo e quindi possono distruggere la stratificazione stabile. La stratificazione stabile impedisce la convezione che inibisce una geodinamo. 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 potrebbe operare una geodinamo di lunga durata. Data l'età del campo magnetico terrestre, questo 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 potrebbe aver causato il passaggio del nucleo terrestre da stratificato a omogeneo, e nel corso dei prossimi 300 milioni di anni, le condizioni di pressione e temperatura avrebbero potuto indurlo a differenziare tra un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Grazie alla rotazione nel nucleo esterno, il risultato è stato un effetto dinamo che ha protetto la nostra atmosfera mentre si formava.

I semi di questa teoria sono stati presentati l'anno scorso alla 47a Conferenza di scienze lunari e planetarie a The Woodlands, Texas. Durante una presentazione intitolata "Dynamical Mixing of Planetary Cores by Giant Impacts, " Dr. 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 mostrare come gli impatti più violenti potrebbero scuotere il nucleo dei pianeti in ritardo nel loro accrescimento. Basandosi su questo, Jacobson e gli altri coautori hanno applicato modelli di come la Terra e Venere si sono accumulate da un disco di solidi e gas attorno a un proto-sole. Hanno anche applicato calcoli su come sono cresciute la Terra e Venere, basata sulla chimica del mantello e del nucleo di ogni pianeta attraverso ogni evento di accrescimento.

Il significato di questo studio, in termini di come si relaziona 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, quindi tali impatti potrebbero benissimo essere la differenza tra il nostro pianeta essere abitabile o essere 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 in ritardo, un impatto violento e gigantesco è necessario per un campo magnetico planetario, quindi un tale impatto potrebbe essere necessario per la vita".

Guardando oltre il nostro sistema solare, questo documento ha anche implicazioni nello studio dei pianeti extrasolari. Anche qui, la differenza tra un pianeta abitabile o meno può ridursi agli impatti ad alta energia che fanno parte della prima storia del sistema. Nel futuro, quando si studiano pianeti extrasolari e si cercano segni di abitabilità, gli scienziati potrebbero benissimo essere costretti a porre una semplice domanda:"È stato colpito abbastanza forte?"